日本精密陶瓷中心（JFCC）于2022年12月8日宣布，它與Novell晶體技術公司和兵庫大學合作，在世界上首次成功地在短時間內以非破壞性方式檢查了β-氧化鎵（β-Ga₂O₃）晶體內的晶格缺陷。目前，β-Ga₂O₃作為下一代高電壓、節能電力轉換和控制半導體的材料正受到關注，這項成果將有望促進高質量β-Ga₂O₃的發展。

研究背景

目前，負責電子設備中功率轉換和控制的功率器件傳統上是由硅（Si）制成的，但為了應對未來的挑戰，需要具有更寬帶隙和高擊穿場強的半導體材料提高性能并實現低損耗。

資料顯示，β-Ga₂O₃是一種新興的超寬帶隙半導體，擁有4.8eV的超大帶隙。作為對比，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定性、更高的電壓、再加上其能被廣泛采用的天然襯底，讓開發者可以輕易基于此開發出小型化，高效的大功率晶體管。已知Ga₂O₃晶型共有6個，其中β-Ga₂O₃在體塊單晶生長方面，相對其他晶相具有明顯優勢。

然而，高品質β-Ga₂O₃晶體的生長比Si要困難許多，目前仍未研發出無晶格缺陷的完美晶體的生產技術。 此外，由于沒有辦法識別晶體內部的所有各種缺陷，因此在驗證缺陷的同時，一直很難優化晶體的生長。

研究進展

為了可視化β-Ga₂O₃晶體的內部，研究小組專注于異常透射現象。異常透射是一種X射線衍射現象，只發生在完整性高的厚晶體中，當有的原子不在理想位置，如晶格缺陷，異常透射就不會發生，透射波的強度會局部下降。利用這一點，人們認為，如果可以觀察到透射波的強度分布，在整個晶體上發生異常透射，就有可能確定在X射線束較弱的區域存在晶格缺陷。

在實際實驗中，當沒有發生異常透射時，透射波會變得極弱；當發生異常透射時，會出現兩個極強的透射波和衍射波點，證實了缺陷的整體分布。此外，通過分析同一位置的缺陷在多種衍射條件下的對比度，就有可能確定缺陷的類型。

研究小組將使用這種方法來評估用各種生長方法生產的β-Ga₂O₃晶體。在了解了不同生長方法中的缺陷特征后，研究小組旨在為尋找制造β-Ga₂O₃晶體的最佳生長方法建立指導方針。 同時努力開發一種方法，以實時觀察運行中的設備的缺陷行為。

粉體圈編譯

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