GaN pagrįsta žemos temperatūros epitaksijos technologija

1. GaN pagrindu pagamintų medžiagų svarba

GaN pagrindu pagamintos puslaidininkinės medžiagos yra plačiai naudojamos gaminant optoelektroninius prietaisus, galios elektroninius prietaisus ir radijo dažnio mikrobangų prietaisus dėl savo puikių savybių, tokių kaip plačios juostos charakteristikos, didelis skilimo lauko stiprumas ir didelis šilumos laidumas. Šie įrenginiai buvo plačiai naudojami tokiose pramonės šakose kaip puslaidininkinis apšvietimas, kietojo kūno ultravioletinės šviesos šaltiniai, saulės fotovoltinė energija, lazerinis ekranas, lankstūs ekranai, mobilieji ryšiai, maitinimo šaltiniai, naujos energijos transporto priemonės, išmanieji tinklai ir kt. rinka tampa vis brandesnė.

Tradicinės epitaksijos technologijos apribojimai

Tradicinės epitaksinio augimo technologijos, skirtos GaN pagrindu pagamintoms medžiagoms, pvzMOCVDirMBEPaprastai reikalingos aukštos temperatūros sąlygos, kurios netaikomos amorfiniams pagrindams, tokiems kaip stiklas ir plastikas, nes šios medžiagos negali atlaikyti aukštesnės augimo temperatūros. Pavyzdžiui, dažniausiai naudojamas flotacinis stiklas suminkštėja esant aukštesnėms nei 600°C temperatūrai. Žemos temperatūros paklausaepitaksijos technologija: Didėjant pigių ir lanksčių optoelektroninių (elektroninių) prietaisų paklausai, atsiranda poreikis epitaksinei įrangai, kuri naudoja išorinio elektrinio lauko energiją, kad sulaužytų reakcijos pirmtakus žemoje temperatūroje. Ši technologija gali būti vykdoma žemoje temperatūroje, prisitaikant prie amorfinių substratų savybių ir suteikiant galimybę paruošti nebrangius ir lanksčius (optoelektroninius) įrenginius.

2. GaN pagrindu pagamintų medžiagų kristalinė struktūra

Kristalinės struktūros tipas

Medžiagos, kurių pagrindą sudaro GaN, daugiausia apima GaN, InN, AlN ir jų trijų ir ketvirtinių kietų tirpalų su trimis kristalų struktūromis: wurtzite, sfaleritu ir akmens druska, tarp kurių wurtzito struktūra yra stabiliausia. Sfalerito struktūra yra metastabili fazė, kuri aukštoje temperatūroje gali virsti wurtzite struktūra ir gali egzistuoti wurtzite struktūroje, kai žemesnėje temperatūroje susidaro defektai. Akmens druskos struktūra yra aukšto slėgio GaN fazė ir gali atsirasti tik esant ypač aukštam slėgiui.

Kristalų plokštumų ir kristalų kokybės apibūdinimas

Įprastos kristalų plokštumos apima polinę c plokštumą, pusiau polinę s plokštumą, r plokštumą, n plokštumą ir nepolinę a plokštumą ir m plokštumą. Paprastai GaN pagrindu pagamintos plonos plėvelės, gautos epitaksijos būdu ant safyro ir Si substratų, yra c plokštumos kristalų orientacijos.

3. Epitaksijos technologijos reikalavimai ir įgyvendinimo sprendimai

Technologinių pokyčių būtinybė

Tobulėjant informatizacijai ir žvalgybai, optoelektroninių prietaisų ir elektroninių prietaisų paklausa paprastai yra pigi ir lanksti. Siekiant patenkinti šiuos poreikius, būtina keisti esamą GaN pagrindu pagamintų medžiagų epitaksinę technologiją, ypač sukurti epitaksinę technologiją, kurią būtų galima atlikti žemoje temperatūroje, prisitaikant prie amorfinių substratų savybių.

Žemos temperatūros epitaksinės technologijos kūrimas

Žemos temperatūros epitaksinė technologija, pagrįsta principaisfizinis nusodinimas garais (PVD)ircheminis nusodinimas garais (CVD), įskaitant reaktyvųjį magnetroninį dulkinimą, plazminį MBE (PA-MBE), impulsinį lazerinį nusodinimą (PLD), impulsinį dulkinimo nusodinimą (PSD), lazeriu palaikomą MBE (LMBE), nuotolinį plazminį CVD (RPCVD), migracijos pagerintą papildomo švytėjimo CVD ( MEA-CVD), nuotolinio plazmos sustiprinto MOCVD (RPEMOCVD), aktyvumo padidinto MOCVD (REMOCVD), elektronų ciklotronų rezonanso plazmos sustiprinto MOCVD (ECR-PEMOCVD) ir induktyviai susietos plazmos MOCVD (ICP-MOCVD) ir kt.

4. Žemos temperatūros epitaksijos technologija, pagrįsta PVD principu

Technologijų tipai

Įskaitant reaktyvųjį magnetroninį purškimą, plazminį MBE (PA-MBE), impulsinį lazerinį nusodinimą (PLD), impulsinį nusodinimą iš purškimo (PSD) ir lazeriu palaikomą MBE (LMBE).

Techninės savybės

Šios technologijos suteikia energiją naudodamos išorinio lauko jungtį, kad jonizuotų reakcijos šaltinį žemoje temperatūroje, taip sumažinant jo krekingo temperatūrą ir užtikrinant GaN pagrindu pagamintų medžiagų epitaksinį augimą žemoje temperatūroje. Pavyzdžiui, reaktyviojo magnetroninio purškimo technologija purškimo proceso metu įveda magnetinį lauką, kad padidintų elektronų kinetinę energiją ir padidintų susidūrimo su N2 ir Ar tikimybę, kad būtų sustiprintas taikinio purškimas. Tuo pačiu metu jis taip pat gali apriboti didelio tankio plazmą virš taikinio ir sumažinti jonų bombardavimą ant substrato.

Iššūkiai

Nors šių technologijų plėtra leido paruošti nebrangius ir lanksčius optoelektroninius įrenginius, jie taip pat susiduria su augimo kokybe, įrangos sudėtingumu ir kaina susijusiais iššūkiais. Pavyzdžiui, PVD technologijai paprastai reikia didelio vakuumo laipsnio, kuris gali veiksmingai slopinti išankstinę reakciją ir įdiegti tam tikrą in situ stebėjimo įrangą, kuri turi veikti esant dideliam vakuumui (pvz., RHEED, Langmuir zondas ir kt.), tačiau tai padidina sunkumus. didelio ploto vienodo nusodinimo, o didelio vakuumo eksploatavimo ir priežiūros išlaidos yra didelės.

5. Žemos temperatūros epitaksinė technologija, pagrįsta CVD principu

Technologijų tipai

Įskaitant nuotolinį plazmos CVD (RPCVD), migracijos sustiprintą papildomo švytėjimo CVD (MEA-CVD), nuotolinio plazmos sustiprintą MOCVD (RPEMOCVD), aktyvumą padidintą MOCVD (REMOCVD), elektronų ciklotronų rezonanso plazmos sustiprintą MOCVD (ECR-PEMOCVD) ir induktyviai susietą plazmos MOCVD ( ICP-MOCVD).

Techniniai privalumai

Šiomis technologijomis pasiekiamas III-nitrido puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip GaN ir InN, augimas žemesnėje temperatūroje, naudojant skirtingus plazmos šaltinius ir reakcijos mechanizmus, o tai prisideda prie vienodo didelio ploto nusodinimo ir sąnaudų mažinimo. Pavyzdžiui, nuotolinio plazminio CVD (RPCVD) technologija naudoja ECR šaltinį kaip plazmos generatorių, kuris yra žemo slėgio plazmos generatorius, galintis generuoti didelio tankio plazmą. Tuo pačiu metu, naudojant plazmos liuminescencinės spektroskopijos (OES) technologiją, 391 nm spektras, susijęs su N2+, virš substrato beveik neaptinkamas, todėl sumažėja mėginio paviršiaus bombardavimas didelės energijos jonais.

Pagerinkite kristalų kokybę

Epitaksinio sluoksnio kristalų kokybė pagerinama efektyviai filtruojant didelės energijos įkrautas daleles. Pavyzdžiui, MEA-CVD technologija naudoja HCP šaltinį, kad pakeistų RPCVD ECR plazmos šaltinį, todėl jis yra tinkamesnis didelio tankio plazmai generuoti. HCP šaltinio pranašumas yra tas, kad kvarcinis dielektrinis langas nėra užterštas deguonimi, o jo plazmos tankis yra didesnis nei talpinio sujungimo (CCP) plazmos šaltinio.

6. Santrauka ir perspektyva

Dabartinė žemos temperatūros epitaksijos technologijos būklė

Tiriant ir analizuojant literatūrą, apibūdinta dabartinė žemos temperatūros epitaksijos technologijos būklė, įskaitant technines charakteristikas, įrangos struktūrą, darbo sąlygas ir eksperimentų rezultatus. Šios technologijos suteikia energiją per išorinį lauko jungtį, efektyviai mažina augimo temperatūrą, prisitaiko prie amorfinių substratų savybių, suteikia galimybę paruošti nebrangius ir lanksčius (opto) elektroninius prietaisus.

Ateities tyrimų kryptys

Žemos temperatūros epitaksijos technologija turi plačias taikymo perspektyvas, tačiau ji vis dar yra tiriamajame etape. Norint išspręsti inžinerinių programų problemas, reikalingi išsamūs įrangos ir proceso aspektai. Pavyzdžiui, būtina toliau tirti, kaip gauti didesnio tankio plazmą, atsižvelgiant į jonų filtravimo plazmoje problemą; kaip suprojektuoti dujų homogenizavimo įrenginio struktūrą, kad žemoje temperatūroje būtų veiksmingai slopinama išankstinė reakcija ertmėje; kaip suprojektuoti žemos temperatūros epitaksinės įrangos šildytuvą, kad būtų išvengta kibirkščių ar elektromagnetinių laukų, veikiančių plazmą esant tam tikram ertmės slėgiui.

Laukiamas indėlis

Tikimasi, kad ši sritis taps potencialia plėtros kryptimi ir reikšmingai prisidės prie naujos kartos optoelektroninių prietaisų kūrimo. Su dideliu tyrėjų dėmesiu ir aktyviu skatinimu ši sritis ateityje išaugs į potencialią plėtros kryptį ir reikšmingai prisidės prie naujos kartos (optoelektroninių) prietaisų kūrimo.