<div>
	Измерение теплоемкости и теплопроводности объемных кристаллов</div>
<div>
	β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub> и β-(AlxGa<sub>1–x</sub>)<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, выращенных методом Чохральского</div>

Бауман Дмитрий Андреевич , Панов  Дмитрий  Юрьевич, Спиридонов Владислав Алексеевич, Кремлева  Арина  Валерьевна, Одноблюдов  Максим  Анатольевич, Асач Алексей Владимирович, Крылов Василий Александрович, Исаченко Григорий Николаевич, Тамбулатова Екатерина Викторовна, Бугров Владислав Евгеньевич, Романов Алексей Евгеньевич

doi:10.17586/2226-1494-2021-21-6-880-886

2021 , ТОМ 21, НОМЕР 6 ( ноябрь-декабрь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-880-886

УДК 538. 953-405

Измерение теплоемкости и теплопроводности объемных кристаллов

β-Ga₂O₃ и β-(AlxGa_1–x)₂O₃, выращенных методом Чохральского

Бауман Д.А., Панов Д.Ю., Спиридонов В.А., Кремлева А.В., Одноблюдов М.А., Асач А.В., Крылов В.А., Исаченко Г.Н., Тамбулатова Е.В., Бугров В.Е., Романов А.Е.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Бауман Д.А., Панов Д.Ю., Спиридонов В.А., Кремлева А.В., Одноблюдов М.А., Асач А.В., Крылов В.А., Исаченко Г.Н., Тамбулатова Е.В., Бугров В.Е., Романов А.Е. Измерение теплоемкости и теплопроводности объемных кристаллов β-Ga₂O₃ и β-(Al_xGa_1–x)₂O₃, выращенных методом Чохральского // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 6. С. 880–886. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-880-886

Аннотация

Предмет исследования. Одна из областей применения объемных кристаллов оксида галлия — изготовление подложек для проведения эпитаксиального выращивания приборных структур силовой электроники и оптоэлектроники в системе Ga₂O₃/(Al_xGa_1–x)₂O₃. Для большинства конструкций приборов подложка является каналом отведения тепла от прибора к внешнему радиатору. Данное свойство делает информацию о тепловых характеристиках объемных кристаллов оксида галлия и твердого раствора оксидов галлия и алюминия, в частности о теплоемкости и теплопроводности критически важной. В работе проведено измерение теплоемкости объемных кристаллов β-модификации чистого оксида галлия (β-Ga₂O₃), полученных методом Чохральского, а также двойного твердого раствора β-оксида галлия и оксида алюминия β-(Al_xGa_1–x)₂O₃ для различных значений концентрации Al в диапазоне температур 25–480 °С. Метод. Образцы объемных кристаллов выращены в промышленной установке «Ника-3» методом вытягивания из расплава (метод Чохральского). Затем на образцах, специальным образом подготовленных из объемных кристаллов, методом дифференциальной сканирующей калориметрии измерена удельная теплоемкость. Методом с применением плоского источника тепла (метод горячего диска) измерена теплопроводность в кристаллографическом направлении [010]. Основные результаты. Получена зависимость удельной теплоемкости кристаллов β-(Al_xGa_1–x)₂O₃ для значений атомной концентрации алюминия, которая лежит в диапазоне от 0 (чистый оксид галлия) до 9,11 ат.%. Выполнен анализ влияния содержания Al на теплоемкость материала. Получена зависимость теплопроводности β-Ga₂O₃ от температуры, в направлении роста [010], в диапазоне температур 43–120 °С. Практическая значимость. Результаты исследования могут найти применение при дальнейшем изучении тепловых свойств оксида галлия, а также при решении задачи отвода тепла для приборов, основанных на оксиде галлия.

Ключевые слова: оксид галлия, объемные кристаллы, метод Чохральского, теплоемкость, теплопроводность

Благодарности. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 19-19-00686).

Список литературы

Janowitz C., Scherer V., Mohamed M., Krapf A., Dwelk H., Manzke R., Galazka Z., Uecker R., Irmscher K., Fornari R., Michling M., Schmeißer D., Weber J.R., Varley J.B., Walle C.G.V. Experimental electronic structure of In₂O₃ and Ga₂O₃ // New Journal of Physics. 2011. V. 13. N 8. P. 085014. https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/8/085014
Mohamed H.F., Xia C., Sai Q., Cui H., Pan M., Qi H. Growth and fundamentals of bulk β-Ga₂O₃ single crystals // Journal of Semiconductors, 2019. V. 40. N 1. P. 011801. https://doi.org/10.1088/1674-4926/40/1/011801
Joishi C., Rafique S., Xia Z., Han L., Krishnamoorthy S., Zhang Y., Lodha S., Zhao H., Rajan S. Low-pressure CVD-grown β-Ga₂O₃ bevel-field-plated Schottky barrier diodes // Applied Physics Express. 2018. V. 11. N 3. P. 031101. https://doi.org/10.7567/APEX.11.031101
Higashiwaki M., Sasaki K., Kuramata A., Masui T., Yamakoshi S. Gallium oxide (Ga₂O₃) metal-semiconductor field-effect transistors on single-crystal β-Ga₂O₃ (010) substrates // Applied Physics Letters. 2012. V. 100. N 1. P. 013504. https://doi.org/10.1063/1.3674287
Bauman D.A., Borodkin A.I., Petrenko A.A., Panov D.I., Kremleva A.V., Spiridonov V.A., Zakgeim D.A., Silnikov M.V., Odnoblyudov M.A., Romanov A.E., Bougrov V.E. On improving the radiation resistance of gallium oxide for space applications // Acta Astronautica. 2021. V. 180. P. 125–129. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.12.010
Бауман Д.А., Пьянкова Л.А., Кремлева А.В., Спиридонов В.А., Панов Д.Ю., Закгейм Д.А., Бахвалов А.С., Одноблюдов М.А., Романов А.Е., Бугров В.Е. Элементное и структурное картирование объемных кристаллов (Al_xGa_1-_x)₂O₃, полученных методом Чохральского // Письма в Журнал технической физики. 2021. V. 47. N 5. P. 19–22. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.05.50671.18580
Bauman D.A., Panov D.Iu., Zakgeim D.A., Spiridonov V.A., Kremleva A.V., Petrenko A.A., Brunkov P.N., Prasolov N.D., Nashchekin A.V., Smirnov A.M., Odnoblyudov M.A., Bougrov V.E., Romanov A.E. High-quality bulk β-Ga₂O₃ and β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ crystals: Growth and properties // Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 2021. V. 218. N 20. P. 2100335. https://doi.org/10.1002/pssa.202100335
Swinnich E., Dave Y.J., Pitman E.B., Broderick S., Mazumder B., Seo J.-H. Prediction of optical band gap of β-(Al_xGa_1-x)₂O₃using material informatics // Materials Discovery. 2018. V. 11. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.md.2018.06.001
Feng Q., Li X., Han G., Huang L., Li F., Tang W., Zhang J., Hao Y. (AlG_a)₂O₃ solar-blind photodetectors on sapphire with wider bandgap and improved responsivity // Optical Materials Express. 2017. V. 7. N 4. P. 1240–1248. https://doi.org/10.1364/OME.7.001240
Stepanov S.I., Nikolaev V.I., Bougrov V.E., Romanov A.E. Gallium oxide: properties and applica - a review // Reviews on Advanced Materials Science. 2016. V. 44. N 1. P. 63–86.
Vaca D., Yates L., Nepal N., Katzer D.S., Downey B.P., Wheeler V., Meyer D.J., Graham S., Kumar S. Thermal conductivity of β-Ga₂O₃ thin films grown by molecular beam epitaxy // Proc. of the 19^th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm). 2020. P. 1011–1016. https://doi.org/10.1109/ITherm45881.2020.9190381
Hidalgo-Ruiz J.L., Romero-González R., Martínez Vidal J.L., Garrido Frenich A. A rapid method for the determination of mycotoxins in edible vegetable oils by ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry // Food Chemistry. 2019. V. 288. P. 22–28. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.03.003
Gustafsson S.E., Karawacki E., Khan M.N. Determination of the thermal‐conductivity tensor and the heat capacity of insulating solids with the transient hot‐strip method // Journal of Applied Physics. 1981. V. 52. N 4. P. 2596–2600. https://doi.org/10.1063/1.329068
He Y. Rapid thermal conductivity measurement with a hot disk sensor: Part 1. Theoretical considerations // Thermochimica Acta. 2005. V. 436. N 1-2. P. 122–129. https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.06.026
Jiang P., Qian X., Li X., Yang R. Three-dimensional anisotropic thermal conductivity tensor of single crystalline β-Ga₂O₃ // Applied Physics Letters. 2018. V. 113. N 23. P. 232105. https://doi.org/10.1063/1.5054573
Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем: cправочник. М.: НПО Информ ТЭИ, 1992. 184 с.
Galazka Z., Irmscher K., Uecker R., Bertram R., Pietsch M., Kwasniewski A., Naumann M., Schulz T., Schewski R., Klimm D., Bickermann M. On the bulk β-Ga₂O₃ single crystals grown by the Czochralski method // Journal of Crystal Growth. 2014. V. 404. P. 184–191. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.07.021

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License

Измерение теплоемкости и теплопроводности объемных кристаллов β-Ga2O3 и β-(AlxGa1–x)2O3, выращенных методом Чохральского

Измерение теплоемкости и теплопроводности объемных кристаллов

β-Ga₂O₃ и β-(AlxGa_1–x)₂O₃, выращенных методом Чохральского