智能制造網(wǎng)APP
智能制造網(wǎng)手機站
智能制造網(wǎng)小程序
智能制造網(wǎng)官微
智能制造網(wǎng)服務號
智能控制
機器人
儀器儀表
物聯(lián)網(wǎng)
3D打印
工業(yè)軟件
回放
回放
品牌
其他品牌
高純度的半導體晶體，是電動汽車或光伏發(fā)電的電力電子器件所必需的。當這種晶體的直徑達到2英寸時，它們就會與工業(yè)應用產(chǎn)生關聯(lián)了。
近日，來自日本和德國的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，使用基于激光的工藝生產(chǎn)這種晶體，而不需要坩堝。位于德國亞琛的弗勞恩霍夫激光技術研究所(ILT)的研究小組，已經(jīng)開發(fā)出一種用于20千瓦激光器的工藝適應光學系統(tǒng)。
在現(xiàn)代電氣工程中，必須快速切換較高的功率。為了實現(xiàn)這一點，電子元件是基于寬帶隙半導體，如氧化鎵。由于它的熔點約為1800°C，并且是從熔體中“生長”出來的，因此這種材料比其他寬帶隙半導體(如碳化硅或氮化鎵)更容易生產(chǎn)，這兩種材料都是使用化學氣相沉積生長的。
迄今為止，以坩堝為基礎的方法，如zzochralski和邊緣定義的薄膜生長工藝，主要用于生產(chǎn)氧化鎵晶體。然而，晶體的純度受到坩堝材料擴散的限制。
通過以輻射的形式提供熱量，而不是通過坩堝，可以避免對熔體的污染，這使得多晶起始材料被重熔成高純度的單晶。
當然，這也可以通過加熱燈來實現(xiàn)。然而，與加熱燈相比，激光的發(fā)射不僅具有長期穩(wěn)定性，而且激光只向一個方向發(fā)射輻射，這意味著熱量輸入更有針對性。
此外，還可以根據(jù)加熱過程對激光束輪廓進行優(yōu)化。由于晶體直徑隨加熱功率的增大而增大，因此近年來越來越多的大功率激光系統(tǒng)被用于激光二極管浮區(qū)工藝。
光學很重要
使用功率超過5千瓦的激光來生長晶體是新的；到目前為止，類似的功率已經(jīng)用于建立激光材料加工方法，如切割和焊接。為此，光學系統(tǒng)必須仔細設計和冷卻，因為即使是不到百分之一的小損耗，也會導致它們在長時間使用中被破壞。
因此，弗勞恩霍夫激光技術研究所(ILT)專門為LDFZ工藝開發(fā)了一種水冷高性能光學系統(tǒng)。有了它，激光發(fā)出的輻射最初被分成五個部分光束，每個光束的最大功率為4千瓦。然后，部分光束通過大型水冷反射鏡偏轉(zhuǎn)，從而均勻地加熱裝置中心的晶體，正好偏移72度。
光學元件在亞琛安裝并進行表征，然后轉(zhuǎn)交給日本的項目合作伙伴。它們的安裝符合流行病法規(guī)，亞琛項目經(jīng)理Martin Traub博士對此感到滿意。
他評論說:“通過視頻會議進行調(diào)試是一種真正的新奇事物，但效果很好。測試階段是成功的，系統(tǒng)運行可靠，直到項目計劃結(jié)束。”
前沿的德日合作研究
項目合作伙伴Toshimitsu Ito博士來自日本筑波科學城國家先進工業(yè)科學技術研究所(AIST)，他已經(jīng)在LDFZ工藝方面獲得了豐富的經(jīng)驗。該研究所能夠在較低的激光功率下，生產(chǎn)直徑達12毫米的氧化鎵晶體。
采用新的20千瓦系統(tǒng)，應該可以顯著增加直徑。在調(diào)試和初始測試后，熔化氧化鎵原料，AIST進行了晶體生長實驗與新的LDFZ系統(tǒng)。這些研究的結(jié)果將很快公布，項目合作伙伴成功地生長出了直徑高達30毫米的晶體，這是迄今為止使用無坩堝生長工藝生產(chǎn)的最大的氧化鎵晶體。
未來，合作伙伴將研究該工藝是否適用于生產(chǎn)其他金屬氧化物。例如，作為BMBF資助的HIPEQ研究項目的一部分，該工藝將用于生產(chǎn)光學晶體。
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號
智能制造網(wǎng)APP
智能制造網(wǎng)小程序
微信公眾號
