4. belaunaldiko erdieroaleak Galio oxidoa/β-Ga2O3

Material erdieroaleen lehen belaunaldia silizioa (Si) eta germanioa (Ge) ordezkatzen dute batez ere, 1950eko hamarkadan hasi ziren gorakada. Germanioa nagusi zen lehen egunetan eta batez ere tentsio baxuko, maiztasun baxuko, potentzia ertaineko transistore eta fotodetektagailuetan erabiltzen zen, baina tenperatura altuko erresistentzia eta erradiazioarekiko erresistentzia eskasa zela eta, pixkanaka siliziozko gailuek ordezkatu zuten 1960ko hamarkadaren amaieran. . Silizioa da oraindik ere mikroelektronikaren alorreko material erdieroale nagusia, bere heldutasun teknologiko handia eta kostu abantailengatik.

Material erdieroaleen bigarren belaunaldian, batez ere, erdieroale konposatuak daude, hala nola galio arseniuroa (GaAs) eta indio fosfuroa (InP), errendimendu handiko mikrouhinetan, uhin milimetrikoetan, optoelektronikan, satelite bidezko komunikazioetan eta beste esparru batzuetan oso erabiliak direnak. Hala ere, silizioarekin alderatuta, bere kostuak, heldutasun teknologikoak eta materialaren propietateek bigarren belaunaldiko material erdieroaleen garapena eta hedapena mugatu dute kostu-sentikorrak diren merkatuetan.

Erdieroaleen hirugarren belaunaldiko ordezkariak nagusikigalio nitruroa (GaN)etasilizio karburoa (SiC), eta denek oso ezagutzen dituzte bi material hauek azken bi urteetan. SiC substratuak Cree-k (geroago Wolfspeed izena hartu zuen) merkaturatu zituen 1987an, baina Teslak azken urteetan egindako aplikazioa arte ez zen benetan sustatu silizio karburoko gailuen eskala handiko merkaturatzea. Automozioko disko nagusietatik energia fotovoltaikoko biltegiratzetik kontsumorako etxetresna zurietaraino, silizio karburoa gure eguneroko bizitzan sartu da. GaN aplikazioa gure eguneroko telefono mugikorretan eta ordenagailuak kargatzeko gailuetan ere ezaguna da. Gaur egun, GaN gailu gehienak <650V dira eta asko erabiltzen dira kontsumo arloan. SiC-ren kristalen hazkunde-abiadura oso motela da (0,1-0,3 mm orduko), eta kristalen hazkuntza-prozesuak baldintza tekniko handiak ditu. Kostuari eta eraginkortasunari dagokionez, silizioan oinarritutako produktuen parekoa ez da.

Laugarren belaunaldiko erdieroaleek batez ere barne hartzen dituztegalio oxidoa (Ga2O3), diamante (Diamante), etaaluminio nitruroa (AlN). Horien artean, galio oxidoaren substratua prestatzeko zailtasuna diamantearen eta aluminio nitruroarena baino txikiagoa da, eta haren komertzializazio-aurrerapena azkarrena eta itxaropentsuena da. Si eta hirugarren belaunaldiko materialen aldean, laugarren belaunaldiko material erdieroaleek banda-hutsune eta matxura-eremuaren indar handiagoak dituzte, eta potentzia-gailuak jasateko tentsio handiagokoak izan ditzakete.

Galio oxidoak SiC-ren abantailetako bat bere kristal bakarra fase likidoaren metodoaren bidez hazi daitekeela da, hala nola Czochralski metodoa eta siliziozko hagaxka tradizionalaren molde gidatuaren metodoa. Bi metodoek, lehenik, purutasun handiko gallio oxidoaren hautsa iridiozko arragoa batean kargatzen dute eta hautsa urtzeko berotzen dute.

Czochralski metodoak haziaren kristala erabiltzen du urtuaren gainazalarekin harremanetan jartzeko, kristalaren hazten hasteko. Aldi berean, hazi-kristala biratzen da eta hazi-kristalaren hagatxoa poliki-poliki altxatzen da kristal-egitura uniformea ​​duen kristal bakarra lortzeko.

Molde gidatuaren metodoak gida-molde bat behar du (iridioz edo tenperatura altuko erresistentzia duten beste material batzuekin egina) arragoaren gainean instalatzea. Gida-moldea urtzean murgiltzen denean, urtua moldearen goiko gainazalera erakartzen da txantiloiak eta sifoi efektuak. Urtuak film mehe bat eratzen du gainazaleko tentsioaren eraginez eta ingurura zabaltzen da. Hazi-kristala behera jartzen da urtutako filmarekin harremanetan jartzeko, eta moldearen goiko aldean tenperatura-gradientea kontrolatzen da hazi-kristalaren amaierako aurpegia kristal bakar bat kristalizatzeko, hazi-kristalaren egitura bera duena. Ondoren, haziaren kristala etengabe altxatzen da tira-mekanismoaren bidez. Hazi-kristalak kristal bakar osoaren prestaketa osatzen du sorbalda askatu ondoren eta diametro berdineko hazkuntzaren ondoren. Moldearen goiko formak eta tamainak molde gidatuaren metodoaren bidez hazitako kristalaren zeharkako forma zehazten dute.