Оксид галлия, Ga2O3

Некоторые называют оксид галлия полупроводниковым материалом 3-го поколения и прочат ему высокую востребованность. Заметен интерес к этому материалу в Китае, США, Южной Корее и в России.

Особенность оксида галлия - ультраширокая запрещенная зона (UWB). Новые классы полупроводников с ультраширокой запрещенной зоной (UWB) способны работать при гораздо более высоких температурах и мощностях, нежели чем обычные микросхемы, выполненные на основе материалов на основе кремния, материала с малыми запрещенными зонами. Один из наиболее перспективных UWB-компаундов - оксид галлия.

Вещества с большими запрещенными зонами, как правило, являются изоляторами, плохо проводящими электричество. Вещества с более узкими зонами - полупроводниками. Современный класс полупроводников со сверхширокими запрещенными зонами способен работать при намного больших высоких скоростях, нежели чем обычные микросхемы с малыми зонами на основе кремния, или чипы на основе карбида силикона (SiC) и нитрида галлия (GaN). 

Оксид галлия отличает чрезвычайно широкая запрещенная зона в 4.8 эВ, что больше чем у кремния с его 1.1 эВ и 3.3 эВ у SiC и GaN. Это различие обеспечивает возможность для чипов на основе Ga2O3 выдерживать более высокую напряженность электрического поля, нежели чем традиционные и другие современные полупроводниковые материалы - до 8 МВ/см у Ga2O3, тогда как у кремния этот показатель - 0,3 МВ/см.
Кроме того, Ga2O3 способен при равной толщине слоя выдерживать без пробоя более высокое напряжение. Эти два свойства могут сделать его незаменимым материалов для производства миниатюрных и эффективных силовых транзисторов. 

Выращивать Ga2O3 можно без больших затрат, получая большие кристаллы высокого качества. 

Интересны и модификации оксида галлия, например, k-Ga2O3 обладает спонтанной поляризацией и позволяет создавать HEMT - полевые транзисторы с высокой плотностью и подвижность носителей в канале. Такие транзисторы отличаются большими токами насыщения и высокими напряжениями пробоя, причем без дополнительного легирования канала на соответствующем гетеропереходе - такие структуры изучают, например, в НИТУ МИСИС. 

Оксид галлия - это великолепный материал для создания подложек при производстве полупроводниковых чипов. Соединение может найти использование в системах распределения мощности, которые используются в станциях для заряда аккумуляторов электромобилей или в конверторах, которые обеспечивают преобразование электроэнергии, поступающей в энергосеть от альтернативных источников энергии, таких как ветроэлектрогенераторы.

Также оксид галлия рассматривают в качестве материала для производства полевых транзисторов по технологии металл-оксид-полупроводник, известной как MOSFET. Традиционно для их создания использовался кремний, но для более мощных устройств, например, зарядных станций для электромобилей, требуются полевые МОП-транзисторы, способные работать с большими мощностями, - для этого не получается использовать кремний, но подойдет новый материал. Чтобы научиться делать усовершенствованные MOSFET, требуется улучшить диэлектрические свойства элементов затвора, а также системы управления температурой с тем, чтобы можно было более эффективно отводить тепло от устройств.

Среди наиболее перспективных областей применения материала исследователи выделяют его использование при создании высоковольтных выпрямителей, систем кондиционирования и распределения электроэнергии, таких как зарядные системы электромобилей, фотоэлектрические солнечные преобразователи, ветроэлектрогенераторы и так далее.

Новости

2023.09.27 Московская компания Рокор организует массовое производство пластин из оксида галлия. Разработка не требует применения иридия, что обещает снижение стоимости производства в 3-7 раз. Пока что это "новость из будущего", производство еще не началось, но утверждается, что компания находится на финальной стадии подготовки к началу производства. Как ожидается, РОКОР сможет предлагать пластины примерно вдвое дешевле, чем придется заплатить, покупая пластины в Японии. В компании уверены, что обеспечили себе технологическое преимущество на 5-8 лет и рассчитывает на продажи своей продукции, в том числе, на мировом рынке.

2022.12.30 В МИСИС совместно с коллегами из компании "Совершенные кристаллы" вырастили пленку оксида галлия (k-Ga2O3) на подложке нитрида алюминия (AlN) и изучили структуру и электрические свойства этой пленки. Эксперименты подтвердили возможность получения так называемого "двумерного газа" (2DHG), который образуется на гетерогранице пленки k-Ga2O3 с другими широкозонными полупроводниками, например k-Ga2O3/AlN. В итоге такая структура демонстрировала дырочный тип проводимости, когда основным источником заряда являются дырки, а не электроны. Этому эффекту, как выяснили ученые, материал обязан спонтанной поляризации, когда заряд поляризации материала компенсируется положительным зарядом дырок на гетерогранице, что и называют "двумерным газом". На основе этого эффекта можно создавать транзисторы с высокой подвижностью носителей заряда. Ученые планируют продолжить эксперименты. На этот раз за основу возьмут β-оксид галлия, преобразуют его k-Ga2O3 и будут экспериментировать с добавлением большой дозы галлия, никеля, кислорода и золота. Подробнее: tadviser.ru   

2022.02.04 Хэбэйский научно-исследовательский институт полупроводников и Нанкинский университет в Китае заявляют о самом высоком показателе качества (FOM) Baliga, достигнутом на сегодняшний день среди диодов, основанных на β-оксиде галлия (Ga2O3). Этот материал обеспечивает показатель FOM в 5,18GW/кв.см, что соответствует 15% от теоретического предела. То есть по этому показателю превосходит заявленные показатели приборов на основе карбида кремния (SiC) с его теоретическим пределом 3.35GW/кв.см, который рассчитали исследователи. Сверхширокая запрещенная зона Ga2O3 позволяет ожидать высоких значений критического поля пробоя. Заявляется также о более низких потенциальных затратах на производство на основе оксида галлия, и о коммерческой доступности подложек из этого материала. Подробнее в публикации semiconductor-today.com

2019.07.23 В Университете Иллинойса исследователи преодолели еще одно препятствие в производстве силовых полупроводниковых приборов, добавив в свой арсенал такой материал, как оксид бета-галлия (β-Ga2O3). По заверениям ученых, оксид бета-галлия это доступный материал, который быстрее и эффективнее справляется с преобразованием энергии, нежели чем такие альтернативы, чем повсеместно используемый кремний и перспективный нитрид галлия. Статья об исследовании вышла в ACS Nano. Планарные транзисторы вот уже несколько лет как стали настолько малы, что дальнейшее уменьшение их размеров связано с фундаментальными проблемами. Исследователи решили эту проблему. перейдя к 3D-технологиям. В частности используется технология химического травления c использованием металла MacEtch-U. Благодаря химическому травлению можно получать ребристые 3D-структуры. Так можно сформировать больше транзисторов и управлять большими токами. / abloud

2019.01.06 Оксид галлия - полупроводник со сверхширокой запрещенной зоной. / control.viz.world 

2006 Создан первый лабораторный полевой транзистор на основе оксида галлия. 

--

За новостями телекома и IT удобно следить в телеграм-канале abloud62. телеграм-трансляции и анонсы пресс-релизов вы найдете в канале abloudRealTime, также подключайтесь к каналу Бойко про телеком ВКонтакте

теги: оксид галлия, Ga2O3