Reaktorn i Agnitron Agilis 100 metallorganiska kemiska ångavsättningssystem kan värma substrat upp till 1 500 grader Celsius. Kredit: Cameron Gorsak
Cornells ingenjörer och materialforskare har lagt till ett toppmodernt verktyg till sin svit av laboratorieutrustning för att hjälpa till med studiet av galliumoxid, ett material som vanligtvis betraktas som arvtagaren till kiselkarbid och galliumnitrid som utgångspunkten. halvledare för många kraftelektroniktillämpningar.
Ett Agnitron Agilis 100-system för organisk kemisk ångdeposition (MOCVD) började fungera den 30 juni i Duffield Hall-laboratoriet i Hari Nair, biträdande forskningsprofessor i materialvetenskap och teknik. Den har specifikt kalibrerats för att skapa tunna filmer av galliumoxid, ett halvledarmaterial som är uppskattat för sin förmåga att hantera höga spänningar, effekttätheter och frekvenser. Dessa egenskaper gör det till ett idealiskt material för bland annat elfordon, förnybara energikällor och 5G-kommunikation.
“En annan viktig fördel med galliumoxid är förmågan att odla enkristaller av detta material från dess smälta form,” sa Nair, “vilket kommer att vara nyckeln för att skala upp substratstorleken. Denna förmåga att skala upp är mycket viktig för industrins adoption av elektroniska enheter tillverkade av nya halvledarmaterial.”
Galliumoxid MOCVD-systemen fungerar genom att spraya en metallorganisk galliumprekursor över ett uppvärmt enkristallint halvledarsubstrat. Värmen gör att prekursorn sönderdelas, vilket frigör galliumatomer som sedan binder med syreatomer på ytan av skivan, vilket resulterar i ett högkvalitativt kristallint lager av galliumoxid.
MOCVD är industristandarden för att producera epitaxiella tunna filmer av sammansatta halvledare såsom grupp III-arsenider, grupp III-fosfider och grupp III-nitrider, som spelar en betydande roll i optisk och mobil kommunikation, såväl som solid-state belysning, bland annat andra applikationer. Under de senaste fem åren har kvaliteten på galliumoxid som odlats med MOCVD stadigt förbättrats.
Doktorand Cameron Gorsak öppnar reaktorn för ett metallorganiskt kemiskt ångavsättningssystem som används för att skapa tunna filmer av galliumoxid. Kredit: Robyn Wishna
“Med det här systemet kan vi odla tunna filmer på substrat med upp till 2-tums diameter under brett avstämbara kemiska oxidationspotentialer”, säger Nair. “Den har också en mycket hög substrattemperaturkapacitet och vi kan värma substratet upp till 1 500 grader Celsius. Höga substrattemperaturer ger filmer av bättre kvalitet, vilket är nyckeln till att förbättra prestanda hos elektroniska enheter.”
Nair planerar att samarbeta med forskare från AFRL-Cornell Center for Epitaxial Solutions och på andra håll på campus för att optimera MOCVD för galliumoxid, vilket skulle göra materialet mer ekonomiskt attraktivt för tillverkare som letar efter högprecision, högvolymproduktion.
“Det finns ett behov av att göra kraftelektroniken mer kompakt och effektiv”, sa Nair. ”En av drömmarna är att ta en elstation, som är ungefär lika stor som ett litet hus, och krympa ner den till storleken på en resväska. Sådana innovationer kommer att vara nyckeln för att skapa ett smart elnät, och galliumoxid-halvledarbaserad kraftelektronik är ett språngbräde för att göra detta möjligt.”
“Det breda bandgapet som erbjuds av galliumoxid är bra, men om du inte kan odla detta på substrat med stora ytor, så är det en showstopper ur en praktisk synvinkel,” sa Nair. “Det finns ett stort löfte att galliumoxid har att erbjuda, men vi är inte där än.”
Styr kristallstrukturen av galliumoxid
Tillhandahålls av Cornell University
Citat:MOCVD-verktyg för att främja forskning om galliumoxid-halvledar (2022, 22 juli) hämtat 22 juli 2022 från https://techxplore.com/news/2022-07-mocvd-tool-advance-gallium-oxide-semiconductor.html
Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
Håll kontakten med oss på sociala medieplattformar för omedelbar uppdatering klicka här för att gå med i vår Twitter och Facebook
