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近日,山東大學陶緒堂教授團隊使用導模法(EFG)成功制備了外形完整的4英寸(001)主面氧化鎵(β-Ga2O3)單晶,并對其性能進行了分析。該成果是繼2019年團隊獲得4英寸(100)主面單晶后的又一新突破。

據悉,勞厄測試衍射斑點清晰、對稱,說明晶體具有良好的單晶性,無孿晶;X射線衍射搖擺曲線顯示晶體(400)面半峰全寬僅為57.57″,結晶質量較高;濕法化學腐蝕測試結果表明,晶體位錯密度為1.06×104 cm-2;C-V測試確認β-Ga2O3晶體中載流子濃度為7.77×1016 cm-3。測試結果表明,該團隊通過導模法獲得了高質量的4英寸β-Ga2O3單晶。

山東大學晶體材料國家重點實驗室在國內最早開展導模法氧化鎵單晶生長,經過長期潛心攻關,從零開始,先后突破了1~4英寸氧化鎵單晶生長、缺陷、摻雜、加工等關鍵核心技術。通過導模法、提拉法等多種晶體生長方法,生長出n型導電及半絕緣氧化鎵晶體并開展了系統的晶體加工和缺陷研究,為打破國外技術封鎖和產品禁運奠定了基礎。

第四代半導體氧化鎵

通俗的講,氧化鎵也被稱為第四代半導體,這是一種超寬禁帶材料。

公開資料顯示,氧化鎵是一種無機化合物,化學式為Ga2O3。別名三氧化二鎵,是一種寬禁帶半導體,Eg=4.9eV,其導電性能和發光特性長期以來一直引起人們的注意。Ga2O3是一種透明的氧化物半導體材料,在光電子器件方面有廣闊的應用前景 ,被用作于Ga基半導體材料的絕緣層,以及紫外線濾光片。它還可以用作O2化學探測器。

氧化鎵與碳化硅、氮化鎵相比,氧化鎵基功率器件具備高耐壓、低損耗、高效率、小尺寸等特點,例如:同等耐壓情況下,對比起碳化硅基器件的損耗,氧化鎵基要降低86%,尺寸僅為碳化硅基的1/5左右。

作為新一代半導體材料的氧化鎵(Ga2O3),是繼第三代半導體碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)之后最具市場潛力的材料。我國內超2/3的半導體產品依賴進口,氧化鎵的出現,是國內市場的一次機遇,有望擊碎“卡脖子”的現況。為此,我國科技部將氧化鎵列入“十四五重點研發計劃”,讓第四代半導體獲得更廣泛關注。