4th Generation Semiconductors Gallium Oxide/β-Ga2O3

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ ပထမမျိုးဆက်ကို အဓိကအားဖြင့် ဆီလီကွန် (Si) နှင့် ဂျာမနီယမ် (Ge) တို့က ကိုယ်စားပြုပြီး 1950 ခုနှစ်များတွင် စတင်ထွန်းကားခဲ့သည်။ ဂျာမီယမ်သည် အစောပိုင်းကာလများတွင် လွှမ်းမိုးခဲ့ပြီး ဗို့အားနိမ့်၊ ကြိမ်နှုန်းနိမ့်၊ အလယ်အလတ်ပါဝါထရန်စစ္စတာများနှင့် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများတွင် အဓိကအားဖြင့် အသုံးပြုခဲ့ကြသော်လည်း ၎င်း၏ အပူချိန်မြင့်မားမှုနှင့် ဓာတ်ရောင်ခြည်ခံနိုင်ရည်အား ညံ့ဖျင်းမှုကြောင့် ၁၉၆၀ ပြည့်လွန်နှစ်များနှောင်းပိုင်းတွင် ဆီလီကွန်ကိရိယာများဖြင့် အစားထိုးခဲ့သည်။ . ဆီလီကွန်သည် ၎င်း၏နည်းပညာဆိုင်ရာ ရင့်ကျက်မှုနှင့် ကုန်ကျစရိတ် မြင့်မားမှုကြောင့် မိုက်ခရိုအီလက်ထရွန်းနစ်နယ်ပယ်တွင် အဓိက တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ ဒုတိယမျိုးဆက်တွင် အဓိကအားဖြင့် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်များ၊ မီလီမီတာလှိုင်းများ၊ optoelectronics၊ ဂြိုလ်တုဆက်သွယ်ရေးနှင့် အခြားနယ်ပယ်များတွင် အသုံးများသော ဂယ်လီယမ် အာဆင်းနိုက် (GaAs) နှင့် အင်ဒီယမ်ဖော့စဖိုက် (InP) ကဲ့သို့သော ဒြပ်စင်ဒတ်တာများ ပါဝင်သည်။ သို့သော် ဆီလီကွန်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ၎င်း၏ ကုန်ကျစရိတ်၊ နည်းပညာ ရင့်ကျက်မှုနှင့် ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများသည် ကုန်ကျစရိတ်များသော ဈေးကွက်များတွင် ဒုတိယမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာ ပစ္စည်းများ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့် လူကြိုက်များမှုကို ကန့်သတ်ထားသည်။

တတိယမျိုးဆက် semiconductors များ၏ ကိုယ်စားလှယ်များသည် အဓိကအားဖြင့် ပါဝင်သည်။ဂါလီယမ်နိုက်ထရိတ် (GaN)နှင့်ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC)ပြီးခဲ့သောနှစ်နှစ်အတွင်း လူတိုင်းသည် ဤပစ္စည်းနှစ်ခုနှင့် အလွန်ရင်းနှီးကြသည်။ SiC အလွှာများကို 1987 ခုနှစ်တွင် Cree (နောက်ပိုင်း Wolfspeed ဟုခေါ်သည်) မှ စီးပွားဖြစ်ထုတ်လုပ်ခဲ့သည်၊ သို့သော် မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း Tesla ၏ လျှောက်လွှာတင်ချိန်အထိ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများ၏ အကြီးစားစီးပွားဖြစ်ရောင်းချမှုသည် အမှန်တကယ် မြှင့်တင်မှုမဖြစ်ခဲ့ပေ။ မော်တော်ယာဥ် ပင်မဒရိုက်များမှသည် photovoltaic စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုအထိ လူသုံးအဖြူသုံးပစ္စည်းများအထိ၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်သည် ကျွန်ုပ်တို့၏နေ့စဉ်ဘဝထဲသို့ ဝင်ရောက်လာပါသည်။ GaN ၏ အပလီကေးရှင်းသည် ကျွန်ုပ်တို့၏ နေ့စဉ်မိုဘိုင်းဖုန်းများနှင့် ကွန်ပျူတာအားသွင်းကိရိယာများတွင်လည်း ရေပန်းစားသည်။ လက်ရှိတွင်၊ GaN စက်အများစုသည် <650V ရှိပြီး စားသုံးသူနယ်ပယ်တွင် တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုကြသည်။ SiC ၏ ပုံဆောင်ခဲ ကြီးထွားနှုန်းသည် အလွန်နှေးကွေးသည် (တစ်နာရီလျှင် 0.1-0.3 မီလီမီတာ) ရှိပြီး ပုံဆောင်ခဲ ကြီးထွားမှု လုပ်ငန်းစဉ်သည် နည်းပညာဆိုင်ရာ လိုအပ်ချက် မြင့်မားသည်။ ကုန်ကျစရိတ်နှင့် ထိရောက်မှုအရ၊ ၎င်းသည် ဆီလီကွန်အခြေခံထုတ်ကုန်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ရန် ဝေးကွာသည်။

စတုတ္ထမျိုးဆက် semiconductors များ အဓိကပါဝင်ပါသည်။ဂါလီယမ်အောက်ဆိုဒ် (Ga2O3)စိန် (Diamond) နှင့်အလူမီနီယံနိုက်ထရိတ် (AlN). ၎င်းတို့တွင်၊ ဂယ်လီယမ်အောက်ဆိုဒ်၏ အလွှာကိုပြင်ဆင်ရန်အခက်အခဲမှာ စိန်နှင့် အလူမီနီယမ်နိုက်ထရိတ်ထက် နည်းပါးပြီး ၎င်း၏ ကုန်သွယ်မှုတိုးတက်မှုသည် အမြန်ဆုံးနှင့် အလားအလာအကောင်းဆုံးဖြစ်သည်။ Si နှင့် တတိယမျိုးဆက် ပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက စတုတ္ထမျိုးဆက် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း ပစ္စည်းများသည် တီးဝိုင်းကွာဟချက် ပိုမိုမြင့်မားပြီး ပြိုကွဲနေသော နယ်ပယ်အား အားကောင်းစေပြီး စွမ်းအားမြင့် ဗို့အားကို ခံနိုင်ရည်ရှိသော စက်ပစ္စည်းများကို ပံ့ပိုးပေးနိုင်ပါသည်။

SiC ရှိ ဂယ်လီယမ်အောက်ဆိုဒ်၏ အားသာချက်များထဲမှတစ်ခုမှာ ၎င်း၏ပုံဆောင်ခဲတစ်ခုတည်းကို Czochralski နည်းလမ်းနှင့် ရိုးရာဆီလီကွန်လှံတံထုတ်လုပ်ခြင်း၏ လမ်းညွှန်မှိုနည်းလမ်းကဲ့သို့သော အရည်အဆင့်နည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးနိုင်သည်။ နည်းလမ်းနှစ်ခုစလုံးသည် သန့်စင်မြင့်ဂယ်လီယမ်အောက်ဆိုဒ်အမှုန့်ကို iridium crucible ထဲသို့ ဦးစွာထည့်ကာ အမှုန့်ကို အရည်ပျော်စေရန် အပူပေးသည်။

Czochralski နည်းလမ်းသည် အရည်ပျော်ခြင်း၏ မျက်နှာပြင်ကို ဆက်သွယ်ရန် အစေ့သလင်းကျောက်ကို အသုံးပြုပြီး ကြည်လင်ကြီးထွားမှုကို စတင်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ အစေ့၏ပုံဆောင်ခဲသည် လှည့်ပတ်နေပြီး တူညီသောပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံပါရှိသော တစ်ခုတည်းသော crystal rod ကိုရရှိရန် အစေ့ပုံဆောင်ခဲတံကို ဖြည်းညှင်းစွာ ရုတ်သိမ်းသည်။

ပဲ့ထိန်းမှိုနည်းလမ်းသည် ပဲ့ထိန်းမှို (iridium သို့မဟုတ် အခြားသော အပူချိန်ခံနိုင်ရည်ရှိသော ပစ္စည်းများဖြင့် ပြုလုပ်ထားသည်) ကို မီးစင်အထက်တွင် တပ်ဆင်ရန် လိုအပ်သည်။ လမ်းညွှန်မှိုကို အရည်ပျော်မှုတွင် နှစ်မြှုပ်သောအခါ၊ ပုံစံပလိတ်နှင့် siphon အာနိသင်ကြောင့် မှို၏အပေါ်ဘက်မျက်နှာပြင်သို့ အရည်ပျော်သွားပါသည်။ အရည်ပျော်မှုသည် မျက်နှာပြင်တင်းမာမှုအောက်တွင် ပါးလွှာသောဖလင်တစ်ချပ်ကို ဖွဲ့စည်းကာ ပတ်ဝန်းကျင်သို့ ပျံ့နှံ့သွားပါသည်။ အစေ့ပုံဆောင်ခဲကို အရည်ပျော်ရုပ်ရှင်နှင့် ထိတွေ့ရန် အောက်သို့ချထားပြီး မှို၏ထိပ်ရှိ အပူချိန်အရောင်အဆင်းကို အစေ့ပုံဆောင်ခဲ၏ အဆုံးမျက်နှာအား ပုံဆောင်ခဲအဖြစ် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲအဖြစ် ပုံဆောင်ခဲအဖြစ် ပြောင်းလဲစေရန် မှို၏ထိပ်တွင် ထိန်းညှိထားသည်။ ထို့နောက် အစေ့သလင်းကျောက်ကို ဆွဲတင်သည့် ယန္တရားဖြင့် အထက်သို့ အဆက်မပြတ် မြှောက်သည်။ အစေ့သလင်းကျောက်သည် ပခုံးလွှတ်ပြီးနောက် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲတစ်ခုလုံး၏ ပြင်ဆင်မှုကို ပြီးမြောက်စေပြီး အချင်းအချင်း ကြီးထွားသည်။ မှို၏ထိပ်ပိုင်းပုံသဏ္ဍာန်နှင့် အရွယ်အစားသည် လမ်းညွှန်မှိုနည်းလမ်းဖြင့် စိုက်ပျိုးထားသော သလင်းကျောက်၏ အပိုင်းပိုင်းပုံသဏ္ဍာန်ကို ဆုံးဖြတ်သည်။