日本精密陶瓷中心（JFCC）于2022年12月8日宣布，它与Novell晶体技术公司和兵库大学合作，在世界上首次成功地在短时间内以非破坏性方式检查了β-氧化镓（β-Ga₂O₃）晶体内的晶格缺陷。目前，β-Ga₂O₃作为下一代高电压、节能电力转换和控制半导体的材料正受到关注，这项成果将有望促进高质量β-Ga₂O₃的发展。

研究背景

目前，负责电子设备中功率转换和控制的功率器件传统上是由硅（Si）制成的，但为了应对未来的挑战，需要具有更宽带隙和高击穿场强的半导体材料提高性能并实现低损耗。

资料显示，β-Ga₂O₃是一种新兴的超宽带隙半导体，拥有4.8eV的超大带隙。作为对比，SiC和GaN的带隙为3.3eV，而硅则仅有1.1eV，那就让Ga₂O₃材料拥有更高的热稳定性、更高的电压、再加上其能被广泛采用的天然衬底，让开发者可以轻易基于此开发出小型化，高效的大功率晶体管。已知Ga₂O₃晶型共有6个，其中β-Ga₂O₃在体块单晶生长方面，相对其他晶相具有明显优势。

然而，高品质β-Ga₂O₃晶体的生长比Si要困难许多，目前仍未研发出无晶格缺陷的完美晶体的生产技术。 此外，由于没有办法识别晶体内部的所有各种缺陷，因此在验证缺陷的同时，一直很难优化晶体的生长。

研究进展

为了可视化β-Ga₂O₃晶体的内部，研究小组专注于异常透射现象。异常透射是一种X射线衍射现象，只发生在完整性高的厚晶体中，当有的原子不在理想位置，如晶格缺陷，异常透射就不会发生，透射波的强度会局部下降。利用这一点，人们认为，如果可以观察到透射波的强度分布，在整个晶体上发生异常透射，就有可能确定在X射线束较弱的区域存在晶格缺陷。

在实际实验中，当没有发生异常透射时，透射波会变得极弱；当发生异常透射时，会出现两个极强的透射波和衍射波点，证实了缺陷的整体分布。此外，通过分析同一位置的缺陷在多种衍射条件下的对比度，就有可能确定缺陷的类型。

研究小组将使用这种方法来评估用各种生长方法生产的β-Ga₂O₃晶体。在了解了不同生长方法中的缺陷特征后，研究小组旨在为寻找制造β-Ga₂O₃晶体的最佳生长方法建立指导方针。 同时努力开发一种方法，以实时观察运行中的设备的缺陷行为。

粉体圈编译

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