Gallium Oxide Crystal Defects: Development of Imaging Technology!
– 100% detection of defects by non-destructive method –
– Accelerating quality improvement of crystals and power devices –
December 8, 2022
novel crystal technology
Fine Ceramics Center (JFCC)
University of Hyogo
We have developed a crystal defect imaging technology for next-generation power semiconductors and β-type gallium oxide.
【overview】
β-type gallium oxide (β-Ga2O3)
power device
Next-generation high-voltage, energy-saving semiconductors for power conversion and control.
It is expected to be used in various fields such as power grids, railways, and automobiles.
Lattice defect in β-Ga2O3 crystal:
At present, the raw material β-Ga2O3 crystal contains many lattice defects.
Lattice defects lower device performance and reliability than the theoretical value of the material.
“The first step toward reducing lattice defects” is “establishment of technology for observing defects.”
Established “technology to see defects”:
Using “abnormal transmission phenomenon”:
We used the “abnormal transmission phenomenon” (Note 5), which is one of the X-ray diffraction (Note 4) phenomena.
Lattice defect inside the crystal
Non-destructive, all-in-one visualization
Like examining the human body with an X-ray,
Various lattice defects inside the β-Ga2O3 crystal
Short measuring time and non-destructive
We have succeeded in “total visualization of lattice defects” (Fig. 1).
Spatial distribution of defects in the crystal
Information about defect types
Accurately grasp “information on the spatial distribution of defects in the crystal and the types of defects”.
We provide “accurate feedback for optimization of crystal growth conditions”.
We will further accelerate the improvement of crystal quality in order to spread β-Ga2O3 power devices.
https://www.novelcrystal.co.jp/2022/3916/
Gallium Oxide Crystal Defecten: ontwikkeling van beeldtechnologie!
– 100% detectie van defecten door niet-destructieve methode –
– Versnellen kwaliteitsverbetering van kristallen en power devices –
8 december 2022
nieuwe kristaltechnologie
Centrum voor Fijne Keramiek (JFCC)
Universiteit van Hyogo
We hebben een beeldvormingstechnologie voor kristaldefecten ontwikkeld voor vermogenshalfgeleiders van de volgende generatie en β-type galliumoxide.
【Overzicht】
β-type galliumoxide (β-Ga2O3)
macht apparaat
Energiebesparende hoogspanningshalfgeleiders van de volgende generatie voor stroomconversie en -regeling.
Het zal naar verwachting op verschillende gebieden worden gebruikt, zoals elektriciteitsnetten, spoorwegen en auto’s.
Roosterdefect in β-Ga2O3-kristal:
Momenteel bevat het grondstof β-Ga2O3-kristal veel roosterdefecten.
Roosterdefecten verlagen de prestaties en betrouwbaarheid van het apparaat dan de theoretische waarde van het materiaal.
“De eerste stap in de richting van het verminderen van roosterdefecten” is “het opzetten van technologie voor het waarnemen van defecten”.
Gevestigde “technologie om defecten te zien”:
Met behulp van “abnormaal transmissiefenomeen”:
We gebruikten het “abnormale transmissieverschijnsel” (noot 5), een van de röntgendiffractieverschijnselen (noot 4).
Roosterdefect in het kristal
Niet-destructieve, alles-in-één visualisatie
Zoals het menselijk lichaam onderzoeken met een röntgenfoto,
Verschillende roosterdefecten in het β-Ga2O3-kristal
Korte meettijd en niet-destructief
We zijn erin geslaagd “totale visualisatie van roosterdefecten” (fig. 1).
Ruimtelijke verdeling van defecten in het kristal
Informatie over soorten defecten
Nauwkeurig begrijpen “informatie over de ruimtelijke verdeling van defecten in het kristal en de soorten defecten”.
Wij bieden “nauwkeurige feedback voor optimalisatie van kristalgroeiomstandigheden”.
We zullen de verbetering van de kristalkwaliteit verder versnellen om β-Ga2O3-vermogensapparaten te verspreiden.
Galliumoxid-Kristalldefekte: Entwicklung der Bildgebungstechnologie!
– 100% Fehlererkennung durch zerstörungsfreie Methode –
– Beschleunigte Qualitätsverbesserung von Kristallen und Leistungsgeräten –
8. Dezember 2022
neuartige Kristalltechnologie
Zentrum für Feinkeramik (JFCC)
Universität von Hyogo
Wir haben eine Kristalldefekt-Bildgebungstechnologie für Leistungshalbleiter der nächsten Generation und Galliumoxid vom β-Typ entwickelt.
【Überblick】
Galliumoxid vom β-Typ (β-Ga2O3)
Leistungsgerät
Energiesparende Hochvolt-Halbleiter der nächsten Generation für Leistungsumwandlung und -steuerung.
Es wird erwartet, dass es in verschiedenen Bereichen wie Stromnetzen, Eisenbahnen und Automobilen eingesetzt wird.
Gitterfehler im β-Ga2O3-Kristall:
Derzeit enthält das Ausgangsmaterial β-Ga2O3-Kristalle viele Gitterfehler.
Gitterdefekte verringern die Geräteleistung und -zuverlässigkeit unter den theoretischen Wert des Materials.
„Der erste Schritt zur Verringerung von Gitterfehlern“ ist „die Etablierung einer Technologie zur Beobachtung von Fehlern“.
Etablierte „Technik, um Fehler zu sehen“:
Verwendung von “anormalem Übertragungsphänomen”:
Wir haben das “anomale Transmissionsphänomen” (Anmerkung 5) verwendet, das eines der Phänomene der Röntgenbeugung (Anmerkung 4) ist.
Gitterfehler im Inneren des Kristalls
Zerstörungsfreie All-in-One-Visualisierung
Wie die Untersuchung des menschlichen Körpers mit einem Röntgenbild,
Diverse Gitterfehler im Inneren des β-Ga2O3-Kristalls
Kurze Messzeit und zerstörungsfrei
Uns ist die „vollständige Visualisierung von Gitterfehlern“ gelungen (Abb. 1).
Räumliche Verteilung von Defekten im Kristall
Informationen zu Fehlerarten
“Informationen über die räumliche Verteilung von Defekten im Kristall und die Arten von Defekten” genau erfassen.
Wir bieten “genaues Feedback zur Optimierung der Kristallwachstumsbedingungen”.
Wir werden die Verbesserung der Kristallqualität weiter beschleunigen, um β-Ga2O3-Leistungsbauelemente zu verbreiten.
Observation of dislocations in thick β-Ga2O3 single-crystal substrates using Borrmann effect synchrotron x-ray topography:
APL Materials: Vol 10, No 5
ABSTRACT
We performed Borrmann effect x-ray topography (XRT)
to observe dislocations and other structural defects in a thick β-Ga2O3 (001) substrate.
The Borrmann effect was realized by working in a symmetrical Laue geometry (g = 020).
Anomalous transmission occurred under the exact Bragg condition,
producing a strong diffraction beam that allowed us to image defects across the entire thickness of the substrate.
The analysis clearly revealed
straight b-axis screw-type and curved dislocations and allowed assessing the corresponding behaviors.
Other structural defects,
including pipe-shaped voids and dislocation loops produced by mechanical damage, were also observed.
Finally,
we compared Borrmann effect transmission topography and conventional reflection topography
and explained the appearance of some characteristic defects in the two modes.
Our results show that Borrmann effect XRT is a powerful and effective technique
to study the spatial distribution and structural properties of defects in highly absorbing β-Ga2O3.