4세대 반도체 산화갈륨/β-Ga2O3

1세대 반도체 소재는 주로 1950년대부터 등장하기 시작한 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)으로 대표된다. 게르마늄은 초기에는 지배적이었고 주로 저전압, 저주파, 중전력 트랜지스터 및 광검출기에 사용되었으나 내열성과 내방사선성이 열악하여 1960년대 후반에 점차 실리콘 소자로 대체되었습니다. . 실리콘은 높은 기술 성숙도와 비용 이점으로 인해 여전히 마이크로 전자공학 분야의 주요 반도체 소재입니다.

2세대 반도체 재료에는 주로 갈륨비소(GaAs), 인듐인화물(InP)과 같은 화합물 반도체가 포함되며, 이는 고성능 마이크로파, 밀리미터파, 광전자공학, 위성 통신 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 실리콘과 비교하면 가격, 기술적 성숙도, 재료 특성으로 인해 비용에 민감한 시장에서 2세대 반도체 재료의 개발과 대중화가 제한되었습니다.

3세대 반도체의 대표자로는 주로 다음과 같다.질화갈륨(GaN)그리고탄화규소(SiC), 지난 2년 동안 모두가 이 두 자료에 매우 익숙해졌습니다. SiC 기판은 1987년에 Cree(이후 Wolfspeed로 개칭)에 의해 상용화되었지만, 탄화규소 장치의 대규모 상용화가 본격적으로 추진된 것은 최근 Tesla가 적용한 이후였습니다. 자동차 메인 드라이브부터 광전지 에너지 저장 장치, 가전제품에 이르기까지 탄화규소는 우리 일상 생활에 들어왔습니다. GaN의 적용은 일상적인 휴대폰과 컴퓨터 충전 장치에서도 널리 사용됩니다. 현재 대부분의 GaN 장치는 650V 미만이며 소비자 분야에서 널리 사용됩니다. SiC의 결정 성장 속도는 매우 느리며(시간당 0.1~0.3mm), 결정 성장 프로세스에는 높은 기술적 요구 사항이 있습니다. 비용과 효율성 측면에서 실리콘 기반 제품과 비교할 수 없습니다.

4세대 반도체는 주로 다음과 같다.산화갈륨(Ga2O3), 다이아몬드(Diamond), 그리고질화알루미늄(AlN). 이 중 산화갈륨 기판은 다이아몬드나 질화알루미늄에 비해 기판 제조 난이도가 낮아 상용화 진전이 가장 빠르고 유망하다. 4세대 반도체 소재는 Si 및 3세대 소재에 비해 더 높은 밴드갭과 항복 전계 강도를 갖고 있어 더 높은 내압을 갖는 전력소자를 제공할 수 있다.

SiC에 비해 산화갈륨의 장점 중 하나는 전통적인 실리콘 막대 생산의 Czochralski 방법 및 가이드 몰드 방법과 같은 액상 방법으로 단결정을 성장시킬 수 있다는 것입니다. 두 방법 모두 먼저 고순도 산화갈륨 분말을 이리듐 도가니에 넣고 가열하여 분말을 녹입니다.

Czochralski 방법은 종자 결정을 사용하여 용융 표면과 접촉하여 결정 성장을 시작합니다. 동시에, 종자결정을 회전시키고 종자결정봉을 천천히 들어올려 균일한 결정구조를 갖는 단결정 막대를 얻는다.

가이드 몰드 방식에서는 도가니 위에 가이드 몰드(이리듐 또는 기타 고온 내성 재료로 제작)를 설치해야 합니다. 가이드 몰드를 용융물에 담그면 템플릿과 사이펀 효과에 의해 용융물이 몰드 상부 표면으로 끌어당겨집니다. 용융물은 표면 장력의 작용으로 얇은 필름을 형성하고 주변으로 확산됩니다. 종결정을 용융막과 접촉되도록 내려 놓고, 금형 상단의 온도 구배를 조절하여 종결정의 끝면이 종결정과 동일한 구조를 갖는 단결정으로 결정화되도록 한다. 그런 다음 종자 결정은 당기는 메커니즘에 의해 지속적으로 위쪽으로 들어 올려집니다. 종자 결정은 숄더 릴리스 및 등경 성장 후 전체 단결정 준비를 완료합니다. 몰드 상단의 모양과 크기에 따라 가이드 몰드 방식으로 성장한 결정의 단면 모양이 결정됩니다.