【国际论文】导模提拉法生长的氧化镓晶片的预计成本

        在科学期刊《 ACS Publications》中有一篇由美国国家可再生能源实验室于2022年7月5日刊登的一篇名为Projected Cost of Gallium Oxide Wafers from Edge-Defined Film-Fed Crystal Growth（导模提拉法生长的氧化镓晶片的预计成本）的论文文章。

内容简介

        氧化镓具有在技术和经济上优于市售的宽禁带半导体材料（如碳化硅和氮化镓）的潜力。因其更宽的带隙可以提高击穿电压和降低通态电阻，并且从熔体中生长的能力使其具有成本竞争性。在此次研究中，团队进行了技术经济的分析，预测了通过导模提拉法生长（EFG）的晶体制造的6英寸β-Ga₂O₃晶圆的成本。在每月5000片的制造量下，预测为EFG生长的6英寸β-Ga₂O₃外延片的成本为320美元，而使用2021年铱坩埚定价的CZ生长的外延片为620美元。因此，用2021年的铱坩埚成本计算，EFG与以前报道的通过CZ法生长的外延片相比，具有2倍的成本优势。进一步确定了6英寸β-Ga₂O₃外延片的关键成本参数，对最终成本影响的成本变化分析。

一、介绍

        我们可以通过生长EFG带状物将生长过程中的有效尺寸减少，如图1（顶部）所示。在EFG和CZ生长方法中，将前驱体粉末装入坩埚并感应加热至熔体。对于这两种方法，将一个籽晶（或多个，EFG按比例增加）浸入熔体中，开始晶体生长并助长晶粒扩展，使籽晶模板化。当结晶时将籽晶拉起并穿过热区。在EFG中（图1顶部），晶体从放置在熔体中的模具上被拉下，所产生的晶体的形状由模具的横截面尺寸决定。相对而言，在CZ中（图1底部），籽晶被拉起并同时旋转，（理想情况下）形成一个一致的圆柱形晶体。从熔体中拉出厚度为1-3毫米的带状物，如图1（顶部）所示，解决了大部分的热管理问题，并找到一个更加容易的方法。EFG生长法已成功实现蓝宝石和Ga₂O₃单晶晶片生长。

图1. 通过（顶部）EFG法拉动带状物和（底部）Cz法拉动束状物从熔体中提拉晶锭

二、方法

        为了确定Ga₂O₃晶圆的成本，我们建立了一个成本模型，以考虑通过EFG生长的衬底，与之前的CZ生长模型进行比较，并对其进行更新以反映目前铱的价格。EFG工艺流程的步骤如图2所示。这些步骤包括坩埚采购、晶体生长、整形/取芯、研磨/抛光、表面处理（包括抛光和晶圆清洁）和外延生长。

图2. EFG生长Ga₂O₃的工艺流程