Presentazione dell'ossido di gallio (Ga2O3)

Ossido di gallio (Ga2O3)in quanto materiale "semiconduttore con bandgap ultra ampio" ha raccolto un'attenzione costante. I semiconduttori con bandgap ultra ampio rientrano nella categoria dei "semiconduttori di quarta generazione" e, rispetto ai semiconduttori di terza generazione come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN), l'ossido di gallio vanta una larghezza di bandgap di 4,9 eV, superando 3,2 eV del carburo di silicio e 3,39 eV del nitruro di gallio. Un bandgap più ampio implica che gli elettroni richiedono più energia per passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione, conferendo all'ossido di gallio caratteristiche come resistenza all'alta tensione, tolleranza alle alte temperature, capacità di alta potenza e resistenza alle radiazioni.

(I) Materiale semiconduttore di quarta generazione

La prima generazione di semiconduttori si riferisce a elementi come il silicio (Si) e il germanio (Ge). La seconda generazione comprende materiali semiconduttori a mobilità più elevata come l'arseniuro di gallio (GaAs) e il fosfuro di indio (InP). La terza generazione comprende materiali semiconduttori ad ampio gap di banda come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN). La quarta generazione introduce materiali semiconduttori con bandgap ultra ampio comeossido di gallio (Ga2O3), diamante (C), nitruro di alluminio (AlN) e materiali semiconduttori con bandgap ultra stretto come antimoniuro di gallio (GaSb) e antimoniuro di indio (InSb).

I materiali con bandgap ultra ampio di quarta generazione hanno applicazioni sovrapposte con materiali semiconduttori di terza generazione, con un notevole vantaggio nei dispositivi di potenza. La sfida principale dei materiali di quarta generazione risiede nella preparazione del materiale e il superamento di questa sfida ha un valore di mercato significativo.

(II) Proprietà del materiale di ossido di gallio

Bandgap ultra ampio: prestazioni stabili in condizioni estreme come temperature estremamente basse e elevate, forti radiazioni, con corrispondenti spettri di assorbimento ultravioletto profondo applicabili ai rilevatori ultravioletti ciechi.

Elevata intensità di campo di rottura, alto valore Baliga: resistenza all'alta tensione e basse perdite, che lo rendono indispensabile per dispositivi ad alta potenza ad alta pressione.

L'ossido di gallio sfida il carburo di silicio:

Buone prestazioni di potenza e basse perdite: la cifra di merito Baliga per l'ossido di gallio è quattro volte quella del GaN e dieci volte quella del SiC, esibendo eccellenti caratteristiche di conduzione. Le perdite di potenza dei dispositivi all'ossido di gallio sono 1/7 del SiC e 1/49 dei dispositivi a base di silicio.

Bassi costi di lavorazione dell'ossido di gallio: la minore durezza dell'ossido di gallio rispetto al silicio rende la lavorazione meno impegnativa, mentre l'elevata durezza del SiC porta a costi di lavorazione significativamente più elevati.

Elevata qualità cristallina dell'ossido di gallio: la crescita della fusione in fase liquida determina una bassa densità di dislocazione (<102 cm-2) per l'ossido di gallio, mentre il SiC, cresciuto utilizzando un metodo in fase gassosa, ha una densità di dislocazione di circa 105 cm-2.

Il tasso di crescita dell'ossido di gallio è 100 volte quello del SiC: la crescita dell'ossido di gallio in fase liquida raggiunge un tasso di crescita di 10-30 mm all'ora, con una durata di 2 giorni per un forno, mentre il SiC, cresciuto utilizzando un metodo in fase gassosa, ha un tasso di crescita di 0,1-0,3 mm all'ora, della durata di 7 giorni per forno.

Basso costo della linea di produzione e rapida accelerazione per wafer di ossido di gallio: le linee di produzione di wafer di ossido di gallio condividono un'elevata somiglianza con le linee di wafer Si, GaN e SiC, con conseguenti costi di conversione inferiori e facilitando la rapida industrializzazione dell'ossido di gallio.

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