चौथो जेनेरेसन सेमीकन्डक्टर ग्यालियम अक्साइड/β-Ga2O3

अर्धचालक सामग्रीको पहिलो पुस्ता मुख्यतया सिलिकन (Si) र जर्मेनियम (Ge) द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको छ, जुन 1950s मा बढ्न थाल्यो। जर्मेनियम प्रारम्भिक दिनहरूमा प्रभावशाली थियो र मुख्यतया कम भोल्टेज, कम-फ्रिक्वेन्सी, मध्यम-शक्ति ट्रान्जिस्टरहरू र फोटोडिटेक्टरहरूमा प्रयोग गरिन्थ्यो, तर यसको कमजोर उच्च तापमान प्रतिरोध र विकिरण प्रतिरोधको कारण, यसलाई विस्तारै 1960 को दशकमा सिलिकन उपकरणहरूले प्रतिस्थापन गर्यो। । सिलिकन अझै पनि माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा मुख्य अर्धचालक सामग्री हो किनभने यसको उच्च प्राविधिक परिपक्वता र लागत लाभहरू।

अर्धचालक सामग्रीको दोस्रो पुस्तामा मुख्यतया ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs) र इन्डियम फस्फाइड (InP) जस्ता कम्पाउन्ड सेमीकन्डक्टरहरू समावेश छन्, जुन उच्च-प्रदर्शन माइक्रोवेभ, मिलिमिटर तरंगहरू, अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स, उपग्रह सञ्चार र अन्य क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, सिलिकनको तुलनामा, यसको लागत, प्राविधिक परिपक्वता, र भौतिक गुणहरूले लागत-संवेदनशील बजारहरूमा दोस्रो-पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीको विकास र लोकप्रियतालाई सीमित गरेको छ।

अर्धचालकहरूको तेस्रो पुस्ताका प्रतिनिधिहरू मुख्य रूपमा समावेश छन्ग्यालियम नाइट्राइड (GaN)रसिलिकन कार्बाइड (SiC), र सबैजना विगत दुई वर्षमा यी दुई सामग्रीहरूसँग धेरै परिचित छन्। 1987 मा क्री (पछि वोल्फस्पीड नामकरण गरियो) द्वारा SiC सब्सट्रेटहरू व्यापारिकरण गरिएको थियो, तर हालैका वर्षहरूमा टेस्लाको अनुप्रयोगले सिलिकन कार्बाइड उपकरणहरूको ठूलो मात्रामा व्यावसायीकरणलाई वास्तवमै प्रवर्द्धन गरेको थिएन। अटोमोटिभ मेन ड्राइभबाट फोटोभोल्टिक ऊर्जा भण्डारणमा उपभोक्ता सेतो उपकरणहरू सम्म, सिलिकन कार्बाइडले हाम्रो दैनिक जीवनमा प्रवेश गरेको छ। GaN को एप हाम्रो दैनिक मोबाइल फोन र कम्प्युटर चार्ज गर्ने उपकरणहरूमा पनि लोकप्रिय छ। हाल, धेरै जसो GaN उपकरणहरू <650V छन् र उपभोक्ता क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। SiC को क्रिस्टल वृद्धि गति धेरै ढिलो छ (0.1-0.3mm प्रति घण्टा), र क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया उच्च प्राविधिक आवश्यकता छ। लागत र दक्षता को मामला मा, यो सिलिकन आधारित उत्पादनहरु को तुलना मा टाढा छ।

चौथो पुस्ताको अर्धचालकहरू मुख्य रूपमा समावेश छन्ग्यालियम अक्साइड (Ga2O3), हीरा (हीरा), रएल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN)। ती मध्ये, ग्यालियम अक्साइडको सब्सट्रेट तयार गर्न कठिनाई हीरा र एल्युमिनियम नाइट्राइडको भन्दा कम छ, र यसको व्यावसायीकरण प्रगति सबैभन्दा छिटो र सबैभन्दा आशाजनक छ। Si र तेस्रो पुस्ताका सामग्रीहरूसँग तुलना गर्दा, चौथो पुस्ताको अर्धचालक सामग्रीमा उच्च ब्यान्ड ग्याप र ब्रेकडाउन फिल्ड बलहरू छन्, र उच्च प्रतिरोध भोल्टेजको साथ पावर उपकरणहरू प्रदान गर्न सक्छन्।

SiC मा ग्यालियम अक्साइडको फाइदाहरू मध्ये एक यो हो कि यसको एकल क्रिस्टल तरल चरण विधि द्वारा उब्जाउन सकिन्छ, जस्तै Czochralski विधि र परम्परागत सिलिकन रड उत्पादनको निर्देशित मोल्ड विधि। दुबै विधिहरूले पहिले उच्च-शुद्धता ग्यालियम अक्साइड पाउडरलाई इरिडियम क्रुसिबलमा लोड गर्दछ र पाउडर पग्लन यसलाई तताउँछ।

Czochralski विधिले क्रिस्टल वृद्धि सुरु गर्न पग्लिएको सतहलाई सम्पर्क गर्न बीज क्रिस्टल प्रयोग गर्दछ। एकै समयमा, बीउ क्रिस्टल घुमाइन्छ र एक समान क्रिस्टल संरचनाको साथ एकल क्रिस्टल रड प्राप्त गर्न बीज क्रिस्टल रड बिस्तारै उठाइन्छ।

निर्देशित मोल्ड विधिलाई क्रुसिबल माथि स्थापना गर्न गाइड मोल्ड (इरिडियम वा अन्य उच्च-तापमान प्रतिरोधी सामग्रीबाट बनेको) आवश्यक छ। जब गाइड मोल्डलाई पिघलमा डुबाइन्छ, पिघललाई टेम्प्लेट र सिफन प्रभावद्वारा मोल्डको माथिल्लो सतहमा आकर्षित गरिन्छ। पग्लिएको सतह तनावको कार्य अन्तर्गत पातलो फिल्म बनाउँछ र वरपर फैलिन्छ। बीउ क्रिस्टललाई पग्लिएको फिल्मलाई सम्पर्क गर्न तल राखिएको छ, र मोल्डको शीर्षमा तापमान ढाँचालाई बीज क्रिस्टलको अन्तिम अनुहारलाई बीउ क्रिस्टलको रूपमा एउटै संरचनाको साथ एकल क्रिस्टल क्रिस्टलाइज गर्न नियन्त्रण गरिन्छ। त्यसपछि बीज क्रिस्टल लगातार तान्ने संयन्त्र द्वारा माथि उठाइएको छ। बीउ क्रिस्टलले काँध रिलीज र समान व्यास वृद्धि पछि सम्पूर्ण एकल क्रिस्टलको तयारी पूरा गर्दछ। मोल्डको माथिको आकार र आकारले निर्देशित मोल्ड विधिद्वारा बढेको क्रिस्टलको क्रस-सेक्शनल आकार निर्धारण गर्दछ।