柴氏法生長氧化鎵晶體之數值模擬分析(1/3)

近年來，能源問題為全世界注意的焦點，電子元件的能源效率更是節能的重點，包 含電動車、太陽光電、風力發電、…等均使用大量的高功率元件，所以大功率半導 體元件為目前半導體產業發展的主要方向。氧化鎵(Ga2O3)具有較大的能隙使其能 承受高溫，而高的擊穿電場使其能承受更高的工作電壓，可在極高功率運作。 Ga2O3可由柴氏長晶法 （Czochralski method）直接液相生長晶體，相較於其他 寬能隙半導體材料如SiC及GaN只能由氣相生長，Ga2O3晶體生長速度較快 ，且較容易生長大尺寸，大幅縮短生長大尺寸晶體的時間。Ga2O3晶體生長過程，晶體內部輻射特性會影響與爐壁之間的輻射冷卻，影響固液界面的形狀，進而影響晶體的外型，而晶體內的熱應力亦受到晶體外型的影響。為了避免生長過程不穩 定產生螺旋形晶體的機率，了解長晶過程固液界面、晶體外型、熱流場及晶體內熱 應力的演變是非常重要的。本研究將結合2D軸對稱和3D混合的模擬模式，完整模擬從晶冠到晶身的晶體生長情形，並觀察高溫氧分解及自由載子熱輻射吸收等現象對晶體生長之影響。探討長晶各階段熔湯的流動行為、溫度與熱應力的分佈情形 ，以期待透過此研究結果，了解Ga2O3晶體生長的原理與機制，建立生長 Ga2O3晶體的熱環境條件。