康奈爾大學(xué)的工程師和材料科學(xué)家在他們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備套件中增加了一種最先進(jìn)的工具，以幫助研究氧化鎵，這種材料通常被視為碳化硅和氮化鎵的繼承者，是許多電力電子應(yīng)用的首選半導(dǎo)體。

材料科學(xué)與工程助理研究教授哈里·奈爾(Hari Nair)的Duffield Hall實(shí)驗(yàn)室于6月30日開始運(yùn)行Agnitron Agilis 100金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)。它已經(jīng)被專門校準(zhǔn)，以創(chuàng)建氧化鎵薄膜，一種因其處理高電壓、功率密度和頻率的能力而備受珍視的半導(dǎo)體材料。這些特性使其成為電動(dòng)汽車、可再生能源和5G通信等應(yīng)用的理想材料。

Nair說:“氧化鎵的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是能夠從熔融形態(tài)生長出這種材料的單晶，這將是擴(kuò)大基底尺寸的關(guān)鍵。”這種放大能力對(duì)于工業(yè)上采用新半導(dǎo)體材料制造的電子設(shè)備非常重要。”

鎵氧化物MOCVD系統(tǒng)通過在加熱的單晶半導(dǎo)體襯底上噴涂金屬-有機(jī)鎵前驅(qū)體來工作。加熱會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體分解，釋放出鎵原子，然后鎵原子與硅片表面的氧原子結(jié)合，形成高質(zhì)量的氧化鎵晶體層。

MOCVD是生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體外延薄膜的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如iii族砷化物、iii族磷化物和iii族氮化物，它們?cè)诠鈱W(xué)和移動(dòng)通信以及固態(tài)照明等應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。近五年來，MOCVD法生長的氧化鎵質(zhì)量穩(wěn)步提高。

Nair說:“有了這個(gè)系統(tǒng)，我們可以在直徑達(dá)2英寸的基底上，在廣泛可調(diào)的氧化化學(xué)勢(shì)下生長薄膜。”“它還具有非常高的基板溫度能力，我們可以將基板加熱到1500攝氏度。襯底溫度越高，薄膜質(zhì)量越好，這是提高電子器件性能的關(guān)鍵。”

Nair計(jì)劃與AFRL-Cornell中心的外延解決方案和校園其他地方的研究人員合作，優(yōu)化氧化鎵的MOCVD，這將使材料更具有經(jīng)濟(jì)吸引力，以尋求高精度，大批量生產(chǎn)的制造商。

Nair說:“有必要使電力電子產(chǎn)品更緊湊、更高效。”“其中一個(gè)夢(mèng)想是把一個(gè)小房子大小的變電站縮小到手提箱大小。這種創(chuàng)新將是創(chuàng)建智能電網(wǎng)的關(guān)鍵，而基于氧化鎵半導(dǎo)體的電力電子產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)跳板。”

“氧化鎵提供的寬禁帶非常好，但如果不能在大面積基片上生長，那么從實(shí)用的角度來看，它將是一個(gè)難題，”Nair說。“氧化鎵有很大的發(fā)展前景，但我們還沒到那一步。”

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