Edistynyt mittaustekniikka tuleville puolijohteille

Ga2O3-puolijohde voisi tasoittaa tietä seuraavan sukupolven tehopuolijohdepiireille. Terahertsi (THz) -aaltojen käyttö puolijohdeominaisuuksien tutkimiseksi perinteisten mutta invasiivisten sähköisten mittausten korvaamiseksi nopeuttaisi tulevaisuuden Ga2O3-pohjaisten laitteiden ja sovellusten kehitystä.

Tulevia tehopiirejä varten on tulossa uusi puolijohde, beeta-galliumoksidi (β-Ga2O3). Osakan yliopistossa on tutkittu tätä uutuutta ensimmäistä kertaa tekniikalla, jota kutsutaan siirtoterahertsin aika-alueen spektroskopiaksi (THz-TDS).

Tutkijoiden mukaan havainnot β-Ga2O3:n perusominaisuuksista tällä menetelmällä ovat merkittäviä sovellusten kehitystä ajatellen sillä sitä voidaan käyttää ei-invasiivisena työkaluna sähköisten ominaisuuksien arvioimiseksi tavallisten puolijohdelaatua heikentävien sähköisten mittausten sijaan.

β-Ga2O3 on erittäin leveän kaistanleveyden (UWBG) –puolijohde (~ 4,8 eV) ja se voisi mullistaa tehoelektroniikkateollisuuden ylivoimaisilla materiaaliominaisuuksillaan tehokkaaseen tehonmuunnokseen verrattuna nykyisiin kaupallisiin puolijohteisiin, kuten piikarbidiin ja galliumnitridiin

THz-TDS:ää käytetään materiaalin permittiivisyyden mittaamiseen. Se on perusominaisuus, joka kuvaa kuinka paljon sähköenergiaa materiaali voi varastoida, ja se on tehopiirien kannalta tärkeä parametri.

Terahertsialueen permittiivisyydestä he pystyivät myös poimimaan sähköiset ominaisuudet, kuten kantajatiheyden ja resistiivisyyden, tarkkuudella, joka on verrattavissa puolijohdeteollisuudessa käytettyihin tavanomaisiin, vaikkakin invasiivisiin mittausmenetelmiin.

Tutkijat uskovat, että puolijohde karakterisoinnin THz-TDS -sovellus edistäisi kohti β-Ga2O3-materiaalien käyttöä tulevien tehopiirien nopean kehityksen tarpeisiin.

Piirivalmistuksessa puolijohdekalvojen sähköiset ominaisuudet viritetään seostuksella ja siksi niiden sähköinen karakterisointi on välttämätöntä. Tavanomaisiin sähköisiin karakterisointitekniikoihin kuuluvat Hall-menetelmä, jossa tarvitaan metallikontakteja, ja kapasitanssi-jännite mittaukset, joissa käytetään joskus myrkyllisiä elohopeakoettimia.

Näistä tekniikoista on kuitenkin tulossa epäkäytännöllisiä laitteen nopean kehityksen kannalta invasiivisen luonteensa ja suhteellisen aikaa vievän mittauksensa vuoksi. Tässä suhteessa THz-TDS on houkutteleva vaihtoehto tavanomaisille menetelmille, koska se on rikkoamaton ja suoraviivaisempi, koska se ei vaadi minkään tyyppisiä sähkökontakteja tai antureita.

Mallintamalla THz-TDS-mittauksista johdettua kokeellista taitekerrointa tutkijat pystyivät erottamaan seostetun epikerroksen sähköiset ominaisuudet hyvällä tarkkuudella. Saadut sähköiset ominaisuudet ovat läheisesti verrattavissa perinteisen Hall-mittauksen tuloksiin. Nämä havainnot osoittavat, että THz-TDS on luotettava ja käyttökelpoinen tekniikka korvata tavanomaiset menetelmät β-Ga2O3 puolijohteiden sähköisessä karakterisoinnissa.

Aiheesta aiemmin:

Tehopiirien vianhakua akustisesti