Semikonduktor Generasi 4 Gallium Oxide/β-Ga2O3

Bahan semikonduktor generasi pisanan utamane diwakili dening silikon (Si) lan germanium (Ge), sing wiwit munggah ing taun 1950-an. Germanium dominan ing jaman wiwitan lan utamané dipigunakaké ing transistor voltase rendah, frekuensi rendah, transistor lan fotodetektor daya medium, nanging amarga resistensi suhu dhuwur lan resistensi radiasi sing kurang, mula diganti kanthi piranti silikon ing pungkasan taun 1960-an. . Silikon isih dadi bahan semikonduktor utama ing bidang mikroelektronik amarga kadewasan teknologi dhuwur lan kaluwihan biaya.

Bahan semikonduktor generasi kapindho utamane kalebu semikonduktor senyawa kayata gallium arsenide (GaAs) lan indium phosphide (InP), sing akeh digunakake ing gelombang mikro, gelombang milimeter, optoelektronik, komunikasi satelit lan lapangan liyane. Nanging, dibandhingake karo silikon, biaya, kadewasan teknologi, lan sifat materi wis mbatesi pangembangan lan popularisasi bahan semikonduktor generasi kapindho ing pasar sing sensitif biaya.

Perwakilan saka semikonduktor generasi katelu utamane kalebugalium nitrida (GaN)lansilikon karbida (SiC), lan kabeh wong wis kenal banget karo rong bahan kasebut sajrone rong taun kepungkur. Substrat SiC dikomersialake dening Cree (banjur diarani Wolfspeed) ing taun 1987, nanging ora nganti aplikasi Tesla ing taun-taun pungkasan, komersialisasi skala gedhe piranti karbida silikon dipromosikan. Saka drive utama otomotif nganti panyimpenan energi fotovoltaik nganti peralatan putih konsumen, karbida silikon wis mlebu ing urip saben dinane. Aplikasi GaN uga populer ing telpon seluler saben dina lan piranti pangisi daya komputer. Saiki, umume piranti GaN <650V lan akeh digunakake ing lapangan konsumen. Kacepetan wutah kristal SiC alon banget (0.1-0.3mm saben jam), lan proses pertumbuhan kristal nduweni syarat teknis sing dhuwur. Ing babagan biaya lan efisiensi, ora bisa dibandhingake karo produk adhedhasar silikon.

Semikonduktor generasi kaping papat utamane kalebugalium oksida (Ga2O3), inten (Diamond), lanaluminium nitrida (AlN). Antarane wong-wong mau, kangelan nyiyapake landasan saka gallium oksida luwih murah tinimbang sing saka berlian lan aluminium nitride, lan kemajuan komersialisasi iku paling cepet lan paling janjeni. Dibandhingake karo Si lan bahan generasi katelu, bahan semikonduktor generasi kaping papat duwe kesenjangan band sing luwih dhuwur lan kekuatan lapangan risak, lan bisa nyedhiyani piranti daya karo voltase tahan luwih.

Salah sawijining kaluwihan saka gallium oksida tinimbang SiC yaiku kristal tunggal bisa ditanam kanthi metode fase cair, kayata metode Czochralski lan metode cetakan dipandu produksi batang silikon tradisional. Kaloro cara kasebut pisanan ngemot bubuk galium oksida kanthi kemurnian dhuwur menyang wadah iridium lan dipanasake kanggo nyawiji bubuk kasebut.

Cara Czochralski nggunakake kristal wiji kanggo kontak permukaan leleh kanggo miwiti wutah kristal. Ing wektu sing padha, kristal wiji diputer lan rod kristal wiji alon-alon diangkat kanggo entuk rod kristal siji kanthi struktur kristal seragam.

Cara cetakan sing dipandu mbutuhake cetakan pandhuan (digawe saka iridium utawa bahan tahan suhu dhuwur liyane) kanggo dipasang ing ndhuwur crucible. Nalika jamur guide wis nyemplungaken ing nyawiji, nyawiji kepincut ing lumahing ndhuwur jamur dening cithakan lan efek siphon. Cairan kasebut mbentuk film tipis ing sangisore aksi tegangan permukaan lan nyebar menyang lingkungan. Kristal wiji diselehake mudhun kanggo ngubungi film cair, lan gradien suhu ing ndhuwur cetakan dikontrol kanggo nggawe pasuryan mburi kristal kristal siji kristal kanthi struktur sing padha karo kristal wiji. Banjur kristal wiji terus diangkat munggah kanthi mekanisme narik. Kristal wiji ngrampungake nyiapake kabeh kristal siji sawise release Pundhak lan wutah diameteripun witjaksono. Wangun lan ukuran ndhuwur cetakan nemtokake wangun cross-sectional saka kristal thukul dening cara jamur dipandu.