你知道新一代半导体材料氧化镓吗

今天就由中国电子展小编将为你解读更多行业新趋势。

 

氧化镓的别名是三氧化二镓,氧化镓(Ga2O3)是一种宽禁带半导体,Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。

 

Ga2O3是一种透明的氧化物半导体材料,在光电子器件方面有广阔的应用前景 ,被用作于Ga基半导体材料的JUE缘层,以及紫外线滤光片。它还可以用作O2化学探测器。

 

氧化镓在半导体领域的应用并不是一项崭新的技术,在很多年前就有人对其展开了大量的研究,但这种材料原本不是用于功率元件的,起初是计划用于LED(发光二JI管)基板等而进行研发的。

 

氧化镓其实并不是什么新型材料,反而有了近70年的历史,1952年就已经有科学家发现了它的五种变体。但由于该材料被大多数半导体研究者和工程师忽略,其发展才落后于氮化镓和碳化硅等材料。直到近年以来,半导体产业才开始察觉到氧化镓在光电器件应用上的优秀特性,而日本正是该材料的主要研究地区。

 

氮化镓之所以能够赋予器件前所未有的性能,一大原因要归结于它的禁带宽度。

宽禁带使得材料可以承受更高的电场强度,硅的禁带宽度低至1.1eV,而碳化硅的禁带宽度为3.3eV,氮化镓的禁带宽度也只有3.4eV,相较之下近似5eV的氧化镓占了很大的优势。

 

氧化镓分为α、β、γ、δ和ε五种结晶形态,其中较为稳定的是β-氧化镓,其次是ε和α,目前大部分研究和开发也是针对禁带宽度在4.7eV和4.9eV之间的β-氧化镓进行。

2012年,日本NICT先开发出了个单晶β-氧化镓晶体管,其击穿电压就已经达到了250V以上,要知道氮化镓可是经过了近20年的发展才跨过这个里程碑。而且β-氧化镓的生长速率快于碳化硅和氮化镓,衬底工艺也相对较简单。

 

但对合适的半导体材料来说,仅有宽禁带是远远不够的,氧化镓同样拥有自己的局限性,比方说它的导热能力差,甚至低于砷化镓。与导热性能强的碳化硅相比,氧化镓的导热性只有前者的十分之一。

 

这意味着晶体管中产生的热量难以发散,很有可能限制设备的寿命。其次,氧化镓制造p型半导体的难度较高,这两点也成了氧化镓商用普及的限制条件,需要业内投入更多精力和人才来解决。

 

除了材料性能优异如带隙比碳化硅和氮化镓大,利用 Ga 2 O 3 作为半导体材料的主要原因是其生产成本较低。

 

随着氧化镓晶体生长技术的突破性进展,氧化稼和蓝宝石一样,可以从溶液状态转化成块状(Bulk)单结晶状态。

 

可以通过运用与蓝宝石晶圆生产技术相同的EFG(Edge-defined Film-fed Growth)方法,做出氧化镓晶圆,成熟的生产工艺会大幅度降低生产成本。

 

因为拥有如此多的优势,氧化镓被看作一个比氮化镓拥有更广阔前景的技术。

 

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文章来源:宽禁带半导体技术创新联盟