ເຊມິຄອນດັກເຕີລຸ້ນທີ 4 Gallium Oxide/β-Ga2O3

ການຜະລິດວັດສະດຸ semiconductor ທໍາອິດແມ່ນເປັນຕົວແທນຕົ້ນຕໍໂດຍຊິລິໂຄນ (Si) ແລະ germanium (Ge), ເຊິ່ງເລີ່ມເພີ່ມຂຶ້ນໃນຊຸມປີ 1950. Germanium ແມ່ນເດັ່ນໃນຍຸກທໍາອິດແລະຖືກນໍາໃຊ້ຕົ້ນຕໍໃນ transistors ແຮງດັນຕ່ໍາ, ຄວາມຖີ່ຕ່ໍາ, ຂະຫນາດກາງແລະ photodetectors, ແຕ່ເນື່ອງຈາກຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງແລະລັງສີຂອງມັນບໍ່ດີ, ມັນໄດ້ຖືກທົດແທນເທື່ອລະກ້າວໂດຍອຸປະກອນຊິລິໂຄນໃນທ້າຍປີ 1960s. . ຊິລິໂຄນຍັງເປັນວັດສະດຸ semiconductor ຕົ້ນຕໍໃນຂົງເຂດຂອງຈຸນລະພາກເອເລັກໂຕຣນິກເນື່ອງຈາກການເຕີບໃຫຍ່ທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຢີສູງແລະຄວາມໄດ້ປຽບຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.

ການຜະລິດທີສອງຂອງວັດສະດຸ semiconductor ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍສານ semiconductors ປະສົມເຊັ່ນ: gallium arsenide (GaAs) ແລະ indium phosphide (InP), ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນ microwaves ປະສິດທິພາບສູງ, ຄື້ນ millimeter, optoelectronics, ການສື່ສານດາວທຽມແລະຂົງເຂດອື່ນໆ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເມື່ອປຽບທຽບກັບຊິລິໂຄນ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງມັນ, ການເຕີບໃຫຍ່ທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຢີ, ແລະຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸໄດ້ຈໍາກັດການພັດທະນາແລະຄວາມນິຍົມຂອງວັດສະດຸ semiconductor ຮຸ່ນທີສອງໃນຕະຫຼາດທີ່ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.

ຜູ້ຕາງຫນ້າຂອງການຜະລິດທີສາມຂອງ semiconductors ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍgallium nitride (GaN)ແລະຊິລິຄອນຄາໄບ (SiC), ແລະທຸກຄົນມີຄວາມຄຸ້ນເຄີຍກັບສອງອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ໃນສອງປີທີ່ຜ່ານມາ. substrates SiC ໄດ້ຖືກດໍາເນີນການຄ້າໂດຍ Cree (ຕໍ່ມາປ່ຽນຊື່ Wolfspeed) ໃນປີ 1987, ແຕ່ມັນບໍ່ແມ່ນຈົນກ່ວາຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ Tesla ໃນຊຸມປີທີ່ຜ່ານມາທີ່ການຄ້າຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງອຸປະກອນ silicon carbide ໄດ້ຖືກສົ່ງເສີມຢ່າງແທ້ຈິງ. ຈາກການຂັບລົດຕົ້ນຕໍໃນລົດຍົນໄປສູ່ການເກັບຮັກສາພະລັງງານ photovoltaic ໄປສູ່ເຄື່ອງໃຊ້ສີຂາວຂອງຜູ້ບໍລິໂພກ, ຊິລິໂຄນ carbide ໄດ້ເຂົ້າໄປໃນຊີວິດປະຈໍາວັນຂອງພວກເຮົາ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ GaN ຍັງເປັນທີ່ນິຍົມໃນໂທລະສັບມືຖືປະຈໍາວັນຂອງພວກເຮົາແລະອຸປະກອນສາກໄຟຄອມພິວເຕີ. ໃນປັດຈຸບັນ, ອຸປະກອນ GaN ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ <650V ແລະຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດຜູ້ບໍລິໂພກ. ຄວາມໄວການຂະຫຍາຍຕົວຂອງໄປເຊຍກັນຂອງ SiC ແມ່ນຊ້າຫຼາຍ (0.1-0.3mm ຕໍ່ຊົ່ວໂມງ), ແລະຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນມີຄວາມຕ້ອງການດ້ານວິຊາການສູງ. ໃນດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແລະປະສິດທິພາບ, ມັນໄກຈາກການປຽບທຽບກັບຜະລິດຕະພັນທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນ.

semiconductors ຮຸ່ນທີສີ່ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍແກລຽມອອກໄຊ (Ga2O3), ເພັດ (ເພັດ), ແລະອາລູມິນຽມ nitride (AlN). ໃນບັນດາພວກເຂົາ, ຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການກະກຽມ substrate ຂອງ gallium oxide ແມ່ນຕ່ໍາກວ່າເພັດແລະອາລູມິນຽມ nitride, ແລະຄວາມກ້າວຫນ້າທາງດ້ານການຄ້າຂອງມັນແມ່ນໄວທີ່ສຸດແລະດີ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ Si ແລະອຸປະກອນການຜະລິດທີສາມ, ວັດສະດຸ semiconductor ລຸ້ນທີ 4 ມີຊ່ອງຫວ່າງຂອງແຖບທີ່ສູງກວ່າແລະຄວາມແຂງແຮງຂອງພາກສະຫນາມທີ່ແຕກຫັກ, ແລະສາມາດສະຫນອງອຸປະກອນໄຟຟ້າທີ່ມີຄວາມທົນທານຕໍ່ແຮງດັນສູງ.

ຫນຶ່ງໃນຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງ gallium oxide ໃນໄລຍະ SiC ແມ່ນວ່າໄປເຊຍກັນດຽວຂອງມັນສາມາດປູກໄດ້ໂດຍວິທີການໄລຍະຂອງແຫຼວ, ເຊັ່ນ: ວິທີການ Czochralski ແລະວິທີການ mold ນໍາພາຂອງການຜະລິດ rod Silicon ແບບດັ້ງເດີມ. ທັງສອງວິທີທໍາອິດໂຫຼດຝຸ່ນ gallium oxide ຄວາມບໍລິສຸດສູງເຂົ້າໄປໃນ iridium crucible ແລະໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເພື່ອລະລາຍຜົງ.

ວິທີການ Czochralski ໃຊ້ໄປເຊຍກັນຂອງເມັດຕິດຕໍ່ກັບຫນ້າດິນຂອງການລະລາຍເພື່ອເລີ່ມຕົ້ນການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ໄປເຊຍກັນເມັດໄດ້ຖືກຫມຸນແລະ rod ໄປເຊຍກັນຂອງເມັດໄດ້ຖືກຍົກຊ້າໆເພື່ອໃຫ້ໄດ້ rod ໄປເຊຍກັນດຽວທີ່ມີໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນເປັນເອກະພາບ.

ວິທີການແມ່ພິມຄູ່ມືຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີແມ່ພິມຄູ່ມື (ເຮັດດ້ວຍ iridium ຫຼືວັດສະດຸທີ່ທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງອື່ນໆ) ເພື່ອຕິດຕັ້ງຢູ່ຂ້າງເທິງ crucible. ໃນເວລາທີ່ mold ຄູ່ມືແມ່ນ immersed ໃນ melt ໄດ້, melt ໄດ້ຖືກດຶງດູດກັບດ້ານເທິງຂອງ mold ໄດ້ໂດຍແມ່ແບບແລະຜົນກະທົບ siphon. ການລະລາຍດັ່ງກ່າວເປັນຮູບເງົາບາງໆພາຍໃຕ້ການດໍາເນີນການຂອງຄວາມກົດດັນດ້ານຫນ້າແລະກະຈາຍໄປອ້ອມຂ້າງ. ຜລຶກເມັດໄດ້ຖືກວາງລົງເພື່ອຕິດຕໍ່ກັບຮູບເງົາ melt, ແລະ gradient ອຸນຫະພູມຢູ່ດ້ານເທິງຂອງ mold ໄດ້ຖືກຄວບຄຸມເພື່ອເຮັດໃຫ້ຫນ້າສຸດທ້າຍຂອງໄປເຊຍກັນເມັດພືດ crystallize ເປັນໄປເຊຍກັນດຽວທີ່ມີໂຄງສ້າງດຽວກັນກັບໄປເຊຍກັນແກ່ນໄດ້. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແກ້ວແກ່ນໄດ້ຖືກຍົກຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໂດຍກົນໄກການດຶງ. ໄປເຊຍກັນເມັດສໍາເລັດການກະກຽມຂອງໄປເຊຍກັນດຽວທັງຫມົດຫຼັງຈາກການປ່ອຍ shoulder ແລະການຂະຫຍາຍຕົວເສັ້ນຜ່າກາງເທົ່າທຽມກັນ. ຮູບຮ່າງແລະຂະຫນາດຂອງດ້ານເທິງຂອງ mold ກໍານົດຮູບຮ່າງຂອງສ່ວນຕັດຂອງໄປເຊຍກັນທີ່ປູກໂດຍວິທີການ mold ນໍາພາ.