Полупроводници од 4-та генерација Галиум оксид/β-Ga2O3

Првата генерација на полупроводнички материјали е главно претставена со силициум (Si) и германиум (Ge), кои почнаа да се зголемуваат во 1950-тите. Германиумот беше доминантен во раните денови и главно се користеше во нисконапонски, нискофреквентни транзистори и фотодетектори со средна моќност, но поради неговата слаба отпорност на високи температури и отпорност на радијација, тој постепено беше заменет со силиконски уреди во доцните 1960-ти. . Силиконот сè уште е главниот полупроводнички материјал во полето на микроелектрониката поради неговата висока технолошка зрелост и предности во трошоците.

Втората генерација на полупроводнички материјали главно вклучува сложени полупроводници како што се галиум арсенид (GaAs) и индиум фосфид (InP), кои се широко користени во микробранови со високи перформанси, милиметарски бранови, оптоелектроника, сателитски комуникации и други полиња. Меѓутоа, во споредба со силициумот, неговата цена, технолошката зрелост и својствата на материјалот го ограничија развојот и популаризацијата на полупроводничките материјали од втората генерација на пазарите чувствителни на трошоци.

Претставниците на третата генерација на полупроводници главно вклучуваатгалиум нитрид (GaN)исилициум карбид (SiC), и сите беа многу запознаени со овие два материјали во изминатите две години. Подлогите на SiC беа комерцијализирани од Cree (подоцна преименувана во Wolfspeed) во 1987 година, но дури со примената на Тесла во последниве години, големата комерцијализација на уредите со силициум карбид беше навистина промовирана. Од автомобилски главни погони до фотоволтаично складирање на енергија до бели апарати за широка потрошувачка, силициум карбидот влезе во нашиот секојдневен живот. Примената на GaN е популарна и кај нашите секојдневни мобилни телефони и уреди за полнење на компјутери. Во моментов, повеќето GaN уреди се <650V и се широко користени во полето на потрошувачите. Брзината на раст на кристалите на SiC е многу бавна (0,1-0,3 мм на час), а процесот на раст на кристалите има високи технички барања. Во однос на трошоците и ефикасноста, тој е далеку од споредлив со производите на база на силикон.

Полупроводниците од четвртата генерација главно вклучуваатгалиум оксид (Ga2O3), дијамант (Дијамант), иалуминиум нитрид (AlN). Меѓу нив, тешкотијата за подготовка на подлогата од галиум оксид е помала од онаа на дијамант и алуминиум нитрид, а напредокот на неговата комерцијализација е најбрз и најперспективен. Во споредба со Si и материјалите од третата генерација, полупроводничките материјали од четвртата генерација имаат поголеми празнини во опсегот и јачина на полето на распаѓање и можат да обезбедат уреди за напојување со поголем отпорен напон.

Една од предностите на галиум оксидот во однос на SiC е тоа што неговиот еднокристал може да се одгледува со метод на течна фаза, како што е методот Czochralski и методот на водена мувла за традиционално производство на силиконски прачки. И двата методи најпрво го ставаат прашокот од галиум оксид со висока чистота во сад за иридиум и го загреваат за да се стопи прашокот.

Методот Czochralski го користи семениот кристал за контакт со површината на топењето за да започне растот на кристалите. Во исто време, семениот кристал се ротира и семето кристално прачка полека се крева за да се добие еднокристална прачка со униформа кристална структура.

Методот на водена мувла бара калап за водич (изработен од иридиум или други материјали отпорни на висока температура) да се постави над садот. Кога водилката е потопена во топењето, топењето се привлекува кон горната површина на калапот со ефектот на шаблонот и сифонот. Топењето формира тенок филм под дејство на површинскиот напон и се дифузира во околината. Кристалот на семето се става надолу за да контактира со топената фолија, а температурниот градиент на врвот на калапот се контролира за да се направи крајната страна на семениот кристал да кристализира еден кристал со иста структура како и семениот кристал. Потоа семениот кристал континуирано се крева нагоре со механизмот за влечење. Семениот кристал ја комплетира подготовката на целиот монокристал по ослободување од рамото и раст со еднаков дијаметар. Обликот и големината на врвот на калапот ја одредуваат формата на напречниот пресек на кристалот што се одгледува со методот на водена мувла.