เทคโนโลยีที่ใช้ซิลิคอนเป็นกระแสหลัก

เทคโนโลยีที่ใช้ซิลิคอนเป็นกระแสหลักในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังอย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ไฟฟ้า แกลเลียม กำลังเข้าใกล้ข้อจำกัดทางกายภาพ เมื่อ ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดัน กระแส กำลังไฟฟ้า และอุณหภูมิที่สูงมาก ทำให้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ด้วยเหตุนี้ การวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับวัสดุแบนด์แกปกว้างจึงดำเนินการในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เพื่อให้สามารถปรับปรุงปริมาตรและน้ำหนักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อการใช้งานที่กว้างขวางยิ่งขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ แกลเลียมออกไซด์ (Ga 2 O 3 ) ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะวัสดุสำหรับการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง [ 6 ] เนื่องจากมีช่องว่างขนาดใหญ่มาก [ 7 ] ในช่วง 4.6 eV ถึง 4.9 eV ขึ้นอยู่กับการวางแนวของผลึกและการวัดเฉพาะ วิธีการ [ 8 ]. ในบรรดาห้าระยะของ Ga 2 O 3 ระยะ ที่มีการศึกษามากที่สุดคือสถานะพื้น[ 9 ] เนื่องจากมีความพร้อมใช้งานและคุณสมบัติที่โดดเด่น [ 10 , 11 ] การใช้งานที่เป็นไปได้มีตั้งแต่อิเล็กโทรดตัวนำแบบโปร่งใสไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง [ 12 ] แรงดันพังทลายของ Ga 2 O 3คือ 8 MV/cm ซึ่งสูงกว่าของ Si, SiC และ GaN ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานไฟฟ้าแรงสูงและอุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตามβ -Ga 2 O 3 ที่ไม่ได้เจือปนมีความต้านทานสูงเนื่องจากมีช่องว่างกว้าง การวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเส้นลวดนาโน Ga 2 O 3และริบบิ้นนาโนได้เปิดเผยพฤติกรรมของสารกึ่งตัวนำชนิด n [ 13 ] ซึ่งมีสาเหตุมาจากตำแหน่งที่ว่างของออกซิเจน ( V o ) หรือโฆษณาคั่นระหว่างหน้าของ Ga [ 3 , 14 ] ตามที่รายงานโดย Varley และคณะ [ 15 ] V oทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคที่ลึกและไม่มีส่วนช่วยในการนำไฟฟ้า ดังนั้น การเติมธาตุที่ทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคแบบตื้นจึงมีความจำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้า [ 16 ] พบว่า Sn เป็นผู้บริจาคแบบตื้นเมื่อรวมเข้ากับไซต์ Ga [ 15 , 17 – 19 ] การผสม Ga กับ Sn ย่อมทำให้เกิดการแทนที่ของ Ga +3ไอออนด้วย Sn +4ไอออน [ 20 ] ไอออน Sn ชนิดเตตระวาเลนต์มักถูกเลือกให้เป็นสารเจือปนของผู้บริจาค [ 18 ] เนื่องจากเป็นชนิด n ที่ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าตามธรรมชาติของβ -Ga 2 O 3 [ 21 , 22 ] และรัศมีไอออนิกของพวกมันอยู่ใกล้กัน [ 18 , 21 ]. ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา งานจำนวนมากทุ่มเทให้กับการเติบโตของสายนาโนของเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่ได้เจือด้วยวิธีต่างๆ จนถึงวันนี้ เทคนิคการสังเคราะห์การผลิตโครงสร้างนาโนที่ประหยัดค่าใช้จ่ายยังคงเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ [ 1 ] การประดิษฐ์โครงสร้างแบบหนึ่งมิติได้รับความสนใจเนื่องจากความสำคัญในการทำความเข้าใจการพึ่งพาคุณสมบัติตามขนาดและมิติของวัสดุ และการใช้งานที่เป็นไปได้ของโครงสร้างเหล่านี้เป็นองค์ประกอบหลักในการทำงานสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า แสง และแม่เหล็ก [ 14 ] แม้ว่าจะมีวิธีการสังเคราะห์หลายวิธี แต่การระเหยด้วยความร้อนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะเป็นเส้นทางที่ประสบความสำเร็จในการสร้างโครงสร้างนาโนออกไซด์ของสารกึ่งตัวนำจากเส้นลวดนาโนเดี่ยวหรือแท่งนาโนไปจนถึงโครงสร้างนาโนแบบลำดับชั้น [23 ]]. อย่างไรก็ตาม มีรายงานไม่กี่ฉบับสำหรับการควบคุมการนำไฟฟ้าของβ -Ga 2 O 3โดยการเติม [ 24 ] ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองสำหรับความเข้มข้นของพาหะอิสระและพารามิเตอร์การเคลื่อนที่นั้นหายากสำหรับβ -Ga 2 O