4тх Генератион Семицондуцторс Галлиум Окиде/β-Га2О3

Прву генерацију полупроводничких материјала углавном представљају силицијум (Си) и германијум (Ге), који су почели да расте 1950-их. Германијум је био доминантан у раним данима и углавном се користио у нисконапонским, нискофреквентним, транзисторима средње снаге и фотодетекторима, али због своје лоше отпорности на високе температуре и отпорности на зрачење, постепено је замењен силицијумским уређајима касних 1960-их. . Силицијум је и даље главни полупроводнички материјал у области микроелектронике због своје високе технолошке зрелости и предности у погледу цене.

Друга генерација полупроводничких материјала углавном укључује сложене полупроводнике као што су галијум арсенид (ГаАс) и индијум фосфид (ИнП), који се широко користе у микроталасима високих перформанси, милиметарским таласима, оптоелектроници, сателитским комуникацијама и другим пољима. Међутим, у поређењу са силицијумом, његова цена, технолошка зрелост и својства материјала ограничили су развој и популаризацију полупроводничких материјала друге генерације на тржиштима осетљивим на трошкове.

Представници треће генерације полупроводника углавном укључујугалијум нитрид (ГаН)исилицијум карбид (СиЦ), а са ова два материјала су сви били веома упознати у протекле две године. СиЦ супстрате је комерцијализовао Црее (касније преименован у Волфспеед) 1987. године, али тек када је Теслина примена последњих година заиста промовисана велика комерцијализација уређаја од силицијум карбида. Од главних погона за аутомобиле преко фотонапонског складишта енергије до потрошачких белих уређаја, силицијум карбид је ушао у наш свакодневни живот. Примена ГаН-а је такође популарна у нашим свакодневним мобилним телефонима и уређајима за пуњење рачунара. Тренутно је већина ГаН уређаја <650В и широко се користе у области потрошача. Брзина раста кристала СиЦ је веома спора (0,1-0,3 мм на сат), а процес раста кристала има високе техничке захтеве. Што се тиче трошкова и ефикасности, далеко је од упоредивости са производима на бази силицијума.

Полупроводници четврте генерације углавном укључујугалијум оксид (Га2О3), дијамант (Дијамант), иалуминијум нитрид (АлН). Међу њима, тешкоћа припреме супстрата од галијум оксида је мања него код дијаманта и алуминијум нитрида, а његов напредак у комерцијализацији је најбржи и најперспективнији. У поређењу са Си и материјалима треће генерације, полупроводнички материјали четврте генерације имају веће размаке у појасу и јачину поља пробоја и могу да обезбеде енергетске уређаје са већим отпорним напоном.

Једна од предности галијум оксида у односу на СиЦ је да се његов монокристал може узгајати методом течне фазе, као што је метода Чохралског и метода вођеног калупа традиционалне производње силицијумских шипки. Обе методе прво стављају прах галијум оксида високе чистоће у иридијумски лончић и загревају га да би се прах растопио.

Метод Чохралског користи семенски кристал да ступи у контакт са површином растопа да би започео раст кристала. У исто време, семенски кристал се ротира и шипка за семе кристала се полако подиже да би се добио монокристални штап са униформном кристалном структуром.

Метода вођеног калупа захтева да се калуп за вођење (направљен од иридијума или других материјала отпорних на високе температуре) инсталира изнад лончића. Када је калуп за вођење уроњен у растоп, талина се привлачи на горњу површину калупа помоћу шаблона и ефекта сифона. Растлина ствара танак филм под дејством површинског напона и дифундује у околину. Кристал за семе се поставља доле да дође у контакт са филмом растопљеног материјала, а температурни градијент на врху калупа се контролише како би крајња страна кристала за семе кристализовала један кристал са истом структуром као и кристал за семе. Затим се семенски кристал непрекидно подиже нагоре помоћу механизма за повлачење. Семенски кристал завршава припрему целог монокристала након ослобађања рамена и раста једнаког пречника. Облик и величина врха калупа одређују облик попречног пресека кристала узгојеног методом вођеног калупа.