गैलियम ऑक्साइड (Ga2O3) का परिचय

गैलियम ऑक्साइड (Ga2O3)"अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर" सामग्री ने निरंतर ध्यान आकर्षित किया है। अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स "चौथी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर्स" की श्रेणी में आते हैं और सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) जैसे तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर्स की तुलना में, गैलियम ऑक्साइड 4.9eV की बैंडगैप चौड़ाई का दावा करता है, जो कि इससे अधिक है। सिलिकॉन कार्बाइड का 3.2eV और गैलियम नाइट्राइड का 3.39eV। एक व्यापक बैंडगैप का तात्पर्य है कि इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस बैंड से चालन बैंड में संक्रमण के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो गैलियम ऑक्साइड को उच्च वोल्टेज प्रतिरोध, उच्च तापमान सहनशीलता, उच्च शक्ति क्षमता और विकिरण प्रतिरोध जैसी विशेषताओं से संपन्न करता है।

(I) चौथी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री

अर्धचालकों की पहली पीढ़ी सिलिकॉन (Si) और जर्मेनियम (Ge) जैसे तत्वों को संदर्भित करती है। दूसरी पीढ़ी में गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और इंडियम फॉस्फाइड (InP) जैसी उच्च गतिशीलता अर्धचालक सामग्री शामिल हैं। तीसरी पीढ़ी में सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) जैसी वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री शामिल है। चौथी पीढ़ी जैसे अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री पेश करती हैगैलियम ऑक्साइड (Ga2O3), हीरा (C), एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN), और गैलियम एंटीमोनाइड (GaSb) और इंडियम एंटीमोनाइड (InSb) जैसी अल्ट्रा-संकीर्ण बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री।

चौथी पीढ़ी की अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप सामग्री में तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर सामग्री के साथ ओवरलैपिंग अनुप्रयोग होते हैं, जिसका बिजली उपकरणों में प्रमुख लाभ होता है। चौथी पीढ़ी की सामग्रियों में मुख्य चुनौती सामग्री की तैयारी में निहित है, और इस चुनौती पर काबू पाने से महत्वपूर्ण बाजार मूल्य प्राप्त होता है।

(II) गैलियम ऑक्साइड सामग्री के गुण

अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप: अल्ट्रा-लो और उच्च तापमान, मजबूत विकिरण जैसी चरम स्थितियों में स्थिर प्रदर्शन, अंधे पराबैंगनी डिटेक्टरों पर लागू गहरे पराबैंगनी अवशोषण स्पेक्ट्रा के साथ।

उच्च ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत, उच्च बालिगा मूल्य: उच्च वोल्टेज प्रतिरोध और कम नुकसान, जो इसे उच्च दबाव वाले उच्च-शक्ति उपकरणों के लिए अपरिहार्य बनाता है।

गैलियम ऑक्साइड सिलिकॉन कार्बाइड को चुनौती देता है:

अच्छा शक्ति प्रदर्शन और कम नुकसान: गैलियम ऑक्साइड के लिए बालिगा की योग्यता का आंकड़ा GaN का चार गुना और SiC का दस गुना है, जो उत्कृष्ट चालन विशेषताओं को प्रदर्शित करता है। गैलियम ऑक्साइड उपकरणों की बिजली हानि SiC का 1/7वां हिस्सा और सिलिकॉन-आधारित उपकरणों का 1/49वां हिस्सा है।

गैलियम ऑक्साइड की कम प्रसंस्करण लागत: सिलिकॉन की तुलना में गैलियम ऑक्साइड की कम कठोरता प्रसंस्करण को कम चुनौतीपूर्ण बनाती है, जबकि SiC की उच्च कठोरता के कारण प्रसंस्करण लागत काफी अधिक हो जाती है।

गैलियम ऑक्साइड की उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता: तरल-चरण पिघल वृद्धि के परिणामस्वरूप गैलियम ऑक्साइड के लिए कम अव्यवस्था घनत्व (<102 सेमी-2) होता है, जबकि गैस-चरण विधि का उपयोग करके उगाए गए SiC में लगभग 105 सेमी-2 का अव्यवस्था घनत्व होता है।

गैलियम ऑक्साइड की वृद्धि दर SiC की तुलना में 100 गुना है: गैलियम ऑक्साइड की तरल-चरण पिघल वृद्धि दर 10-30 मिमी प्रति घंटे की वृद्धि दर प्राप्त करती है, जो भट्ठी के लिए 2 दिनों तक चलती है, जबकि SiC, गैस-चरण विधि का उपयोग करके विकसित होती है। प्रति भट्टी 7 दिनों तक चलने वाली 0.1-0.3 मिमी प्रति घंटे की वृद्धि दर।

गैलियम ऑक्साइड वेफर्स के लिए कम उत्पादन लाइन लागत और त्वरित रैंप-अप: गैलियम ऑक्साइड वेफर उत्पादन लाइनें Si, GaN और SiC वेफर लाइनों के साथ उच्च समानता साझा करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप रूपांतरण लागत कम होती है और गैलियम ऑक्साइड के तेजी से औद्योगीकरण की सुविधा मिलती है।

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