TEM分析穩固GaN元件功能　掌握差排晶體缺陷(1)

對比前兩大類半導體材料，第三類半導體氮化鎵因製程原料關係，易產生大量的差排缺陷，而差排的密度和種類，又是影響元件功能的一大要素。如何解析差排類型，並將差排的密度控制在一定範圍，是第三類半導體發展的重要關鍵。 現在最受市場關注的第三類半導體，以氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)為主，這兩者亦是高頻通訊元件和功率半導體元件的兩大材料。過去受限於部分材料取得不易且昂貴等因素，主要應用領域僅局限於國防、航太等，近年因半導體技術進展，GaN/SiC成本下降，而逐漸普及化應用到工業、汽車與消費性電子產業。 相較於其他的半導體材料，氮化鎵因有著耐高壓高溫、低電阻、極佳的導電和導熱性，體積小、能耗也小，在全球淨零碳排的趨勢推升下，市場研究公司Yole預測氮化鎵的市值將從2022年的1.84億美元，成長到2028年20.4億美元。但氮化鎵的一大缺點就是，單晶內的差排晶體缺陷密度遠高於其他半導體單晶，而後續元件發生漏電流的機率是否提高而導致功能異常，取決於氮化鎵單晶內的差排密度和類型。 目前穿透式電子顯微鏡(TEM)中的雙束繞射成像，是目前唯一可以辨別差排類型的微奈米材料分析技術。本文將簡單介紹如何分析氮化鎵單晶內的差排類型。進一步討論氮化鎵的差排種類分析之前，將先介紹差排的基礎概念和TEM分析差排型晶體缺陷的技術，助益讀者瞭解如何用TEM分析氮化鎵晶體內的差排。 差排的基礎概念 在材料科學與工程上，固態無機材料分為二大類型，晶體(Crystal)和非晶質(Amorphous)。兩者的主要區別是原子的排列方式。非晶質固體中的原子排列沒有規則性，或者說只有短程(小於2奈米)的規則性。典型的材料為日常生活中隨處可見的玻璃，所以非晶質也常被稱為玻璃相(Glass...