Présentation de l'oxyde de gallium (Ga2O3)

Oxyde de gallium (Ga2O3)en tant que matériau « semi-conducteur à bande interdite ultra large » a suscité une attention soutenue. Les semi-conducteurs à bande interdite ultra-large entrent dans la catégorie des « semi-conducteurs de quatrième génération » et, par rapport aux semi-conducteurs de troisième génération tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), l'oxyde de gallium possède une largeur de bande interdite de 4,9 eV, dépassant le carbure de silicium est de 3,2 eV et le nitrure de gallium de 3,39 eV. Une bande interdite plus large implique que les électrons ont besoin de plus d'énergie pour passer de la bande de valence à la bande de conduction, conférant à l'oxyde de gallium des caractéristiques telles que la résistance à haute tension, la tolérance aux températures élevées, la capacité de puissance élevée et la résistance aux rayonnements.

(I) Matériau semi-conducteur de quatrième génération

La première génération de semi-conducteurs fait référence à des éléments comme le silicium (Si) et le germanium (Ge). La deuxième génération comprend des matériaux semi-conducteurs à plus grande mobilité comme l'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure d'indium (InP). La troisième génération englobe des matériaux semi-conducteurs à large bande interdite comme le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN). La quatrième génération introduit des matériaux semi-conducteurs à bande interdite ultra large commeoxyde de gallium (Ga2O3), le diamant (C), le nitrure d'aluminium (AlN) et les matériaux semi-conducteurs à bande interdite ultra-étroite comme l'antimonide de gallium (GaSb) et l'antimonide d'indium (InSb).

Les matériaux à bande interdite ultra-large de quatrième génération ont des applications qui se chevauchent avec celles des matériaux semi-conducteurs de troisième génération, avec un avantage important dans les dispositifs de puissance. Le principal défi des matériaux de quatrième génération réside dans la préparation des matériaux, et surmonter ce défi présente une valeur marchande importante.

(II) Propriétés du matériau en oxyde de gallium

Bande interdite ultra-large : performances stables dans des conditions extrêmes telles que des températures ultra-basses et élevées, un fort rayonnement, avec des spectres d'absorption ultraviolette profonds correspondants applicables aux détecteurs ultraviolets aveugles.

Intensité de champ de claquage élevée, valeur Baliga élevée : résistance à haute tension et faibles pertes, ce qui le rend indispensable pour les appareils haute pression et haute puissance.

L'oxyde de gallium défie le carbure de silicium :

Bonnes performances en puissance et faibles pertes : le facteur de mérite Baliga pour l'oxyde de gallium est quatre fois supérieur à celui du GaN et dix fois celui du SiC, présentant d'excellentes caractéristiques de conduction. Les pertes de puissance des dispositifs à l'oxyde de gallium sont 1/7ème de celles du SiC et 1/49ème de celles des dispositifs à base de silicium.

Faible coût de traitement de l'oxyde de gallium : la dureté inférieure de l'oxyde de gallium par rapport au silicium rend le traitement moins difficile, tandis que la dureté élevée du SiC entraîne des coûts de traitement nettement plus élevés.

Haute qualité cristalline de l'oxyde de gallium : la croissance à l'état fondu en phase liquide entraîne une faible densité de dislocations (<102 cm-2) pour l'oxyde de gallium, tandis que le SiC, cultivé à l'aide d'une méthode en phase gazeuse, a une densité de dislocations d'environ 105 cm-2.

Le taux de croissance de l'oxyde de gallium est 100 fois supérieur à celui du SiC : la croissance en phase liquide de l'oxyde de gallium atteint un taux de croissance de 10 à 30 mm par heure, durant 2 jours pour un four, tandis que le SiC, cultivé en utilisant une méthode en phase gazeuse, a un taux de croissance de 0,1 à 0,3 mm par heure, durant 7 jours par four.

Faible coût de la ligne de production et montée en puissance rapide pour les tranches d'oxyde de gallium : les lignes de production de tranches d'oxyde de gallium partagent une grande similitude avec les lignes de tranches de Si, GaN et SiC, ce qui entraîne des coûts de conversion inférieurs et facilite l'industrialisation rapide de l'oxyde de gallium.

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