日本精密陶瓷中心（JFCC）于2022年12月8日宣布，它與Novell晶體技術(shù)公司和兵庫(kù)大學(xué)合作，在世界上首次成功地在短時(shí)間內(nèi)以非破壞性方式檢查了β-氧化鎵（β-Ga₂O₃）晶體內(nèi)的晶格缺陷。目前，β-Ga₂O₃作為下一代高電壓、節(jié)能電力轉(zhuǎn)換和控制半導(dǎo)體的材料正受到關(guān)注，這項(xiàng)成果將有望促進(jìn)高質(zhì)量β-Ga₂O₃的發(fā)展。

研究背景

目前，負(fù)責(zé)電子設(shè)備中功率轉(zhuǎn)換和控制的功率器件傳統(tǒng)上是由硅（Si）制成的，但為了應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)，需要具有更寬帶隙和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的半導(dǎo)體材料提高性能并實(shí)現(xiàn)低損耗。

資料顯示，β-Ga₂O₃是一種新興的超寬帶隙半導(dǎo)體，擁有4.8eV的超大帶隙。作為對(duì)比，SiC和GaN的帶隙為3.3eV，而硅則僅有1.1eV，那就讓Ga₂O₃材料擁有更高的熱穩(wěn)定性、更高的電壓、再加上其能被廣泛采用的天然襯底，讓開(kāi)發(fā)者可以輕易基于此開(kāi)發(fā)出小型化，高效的大功率晶體管。已知Ga₂O₃晶型共有6個(gè)，其中β-Ga₂O₃在體塊單晶生長(zhǎng)方面，相對(duì)其他晶相具有明顯優(yōu)勢(shì)。

然而，高品質(zhì)β-Ga₂O₃晶體的生長(zhǎng)比Si要困難許多，目前仍未研發(fā)出無(wú)晶格缺陷的完美晶體的生產(chǎn)技術(shù)。 此外，由于沒(méi)有辦法識(shí)別晶體內(nèi)部的所有各種缺陷，因此在驗(yàn)證缺陷的同時(shí)，一直很難優(yōu)化晶體的生長(zhǎng)。

研究進(jìn)展

為了可視化β-Ga₂O₃晶體的內(nèi)部，研究小組專注于異常透射現(xiàn)象。異常透射是一種X射線衍射現(xiàn)象，只發(fā)生在完整性高的厚晶體中，當(dāng)有的原子不在理想位置，如晶格缺陷，異常透射就不會(huì)發(fā)生，透射波的強(qiáng)度會(huì)局部下降。利用這一點(diǎn)，人們認(rèn)為，如果可以觀察到透射波的強(qiáng)度分布，在整個(gè)晶體上發(fā)生異常透射，就有可能確定在X射線束較弱的區(qū)域存在晶格缺陷。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)沒(méi)有發(fā)生異常透射時(shí)，透射波會(huì)變得極弱；當(dāng)發(fā)生異常透射時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)極強(qiáng)的透射波和衍射波點(diǎn)，證實(shí)了缺陷的整體分布。此外，通過(guò)分析同一位置的缺陷在多種衍射條件下的對(duì)比度，就有可能確定缺陷的類型。

研究小組將使用這種方法來(lái)評(píng)估用各種生長(zhǎng)方法生產(chǎn)的β-Ga₂O₃晶體。在了解了不同生長(zhǎng)方法中的缺陷特征后，研究小組旨在為尋找制造β-Ga₂O₃晶體的最佳生長(zhǎng)方法建立指導(dǎo)方針。 同時(shí)努力開(kāi)發(fā)一種方法，以實(shí)時(shí)觀察運(yùn)行中的設(shè)備的缺陷行為。

粉體圈編譯

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