康奈尔大学：MOCVD工具推进氧化镓半导体研究

Agnitron Agilis 100金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统于6月30日在材料科学与工程助理研究教授Hari Nair的Duffield Hall实验室开始运行。它经过专门校准，可形成氧化镓薄膜，氧化镓是一种半导体材料，因其处理高电压，功率密度和频率的能力而备受赞誉。这些属性使其成为电动汽车，可再生能源和5G通信以及其他应用的理想材料。

Hari Nair，材料科学与工程助理研究教授（左）和博士生Cameron Gorsak在金属有机化学气相沉积系统前。

“氧化镓的另一个关键优势是能够从其熔融形式中生长这种材料的单晶，”Nair说，“这将是扩大基板尺寸的关键。这种扩大规模的能力对于行业采用使用新型半导体材料制造的电子设备非常重要。

氧化镓MOCVD系统的工作原理是将金属有机镓前体喷涂在加热的单晶半导体基板上。热量使前体分解，释放出镓原子，然后与晶片表面的氧原子结合，从而产生高质量的氧化镓结晶层。

MOCVD是生产化合物半导体外延薄膜的行业标准，例如III族砷化物，III族磷化物和III族氮化物，它们在光学和移动通信以及固态照明等应用中起着重要作用。在过去的五年中，使用MOCVD生长的氧化镓的质量稳步提高。

Agnitron Agilis 100 金属有机化学气相沉积系统的反应器可将基板加热至 1，500 摄氏度。

“有了这个系统，我们可以在广泛可调的氧化化学势下在直径达2英寸的基板上生长薄膜，”Nair说。“它还具有非常高的基板温度能力，我们可以将基板加热到1，500摄氏度。高基板温度产生更高质量的薄膜，这是推动电子设备性能的关键。

Nair计划与AFRL-康奈尔大学外延解决方案中心和校园其他地方的研究人员合作，优化氧化镓的MOCVD，这将使该材料对寻求高精度，大批量生产的制造商更具经济吸引力。

“有必要使电力电子设备更紧凑，更高效，”Nair说。“其中一个梦想是拿一个变电站，大约是一个小房子的大小，然后把它缩小到一个手提箱的大小。这些创新将是创建智能电网的关键，而基于氧化镓半导体的电力电子设备是实现这一目标的垫脚石。

康奈尔大学传统上一直是化合物半导体研究的领导者。已故的电气和计算机工程教授莱斯特·伊士曼（Lester Eastman）通过可追溯到20世纪60年代的研究，为基于化合物半导体的电子学和光子学做出了重大贡献。当今工业中使用的氮化镓电子学基础的材料科学和半导体物理学是康奈尔大学在他的监督下开发的。近年来，康奈尔大学的教师种植了α-铝镓氧化物的单晶层，其能量带隙是迄今为止所有半导体中最宽的。

Nair希望MOCVD系统能够为康奈尔大学传奇的材料科学史增添一抹亮色。

“氧化镓提供的宽带隙是巨大的，但如果你不能在大面积的基板上生长它，那么从实际的角度来看，这是一个阻碍，”Nair说。“氧化镓必须提供一个很大的承诺，但我们还没有做到。

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