Gan tabanlı düşük sıcaklık epitaksi teknolojisi

1. GAN bazlı malzemelerin önemi

GAN tabanlı yarı iletken malzemeler, geniş bant aralığı özellikleri, yüksek arıza alan mukavemeti ve yüksek termal iletkenlik gibi mükemmel özellikleri nedeniyle optoelektronik cihazların, güç elektronik cihazlarının ve radyo frekansı mikrodalga cihazlarının hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu cihazlar, yarı iletken aydınlatma, katı hal ultraviyole ışık kaynakları, güneş fotovoltaikleri, lazer ekranları, esnek ekranlar, mobil iletişim, güç kaynakları, yeni enerji araçları, akıllı ızgaralar vb.

Geleneksel epitaksi teknolojisinin sınırlamaları

GAN bazlı malzemeler için geleneksel epitaksiyal büyüme teknolojileriMocvdVeMBEGenellikle cam ve plastik gibi amorf substratlar için geçerli olmayan yüksek sıcaklık koşullarına ihtiyaç duyar, çünkü bu malzemeler daha yüksek büyüme sıcaklıklarına dayanamaz. Örneğin, yaygın olarak kullanılan şamandıra camı, 600 ° C'yi aşan koşullar altında yumuşar. Düşük sıcaklık talebiepitaks teknolojisi: Düşük maliyetli ve esnek optoelektronik (elektronik) cihazlara olan artan talep ile, düşük sıcaklıklarda reaksiyon öncüllerini kırmak için harici elektrik alan enerjisi kullanan epitaksiyal ekipman için bir talep vardır. Bu teknoloji düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir, amorf substratların özelliklerine uyum sağlar ve düşük maliyetli ve esnek (optoelektronik) cihazlar hazırlama olasılığını sağlar.

2. GAN bazlı malzemelerin kristal yapısı

Kristal yapı tipi

Gan bazlı malzemeler esas olarak Gan, Inn, Aln ve üç kristal yapısı ile üçlü ve kuaterner katı çözümleri içerir, aralarında Wurtzit yapısının en kararlı olduğu. Sfenerit yapısı, yüksek sıcaklıkta Wurtzit yapısına dönüştürülebilen ve daha düşük sıcaklıklarda istifleme hataları şeklinde Wurtzit yapısında bulunabilen metastabil bir fazdır. Kaya tuzu yapısı GAN'ın yüksek basınç fazıdır ve sadece son derece yüksek basınç koşulları altında görünebilir.

Kristal düzlemlerin karakterizasyonu ve kristal kalitesi

Yaygın kristal düzlemler arasında polar C-düzlemi, yarı polar S-düzlemi, R-düzlemi, N-düzlem ve polar olmayan A-düzlemi ve M-düzlemi bulunur. Genellikle, safir ve SI substratları üzerinde epitaksi ile elde edilen Gan bazlı ince filmler C-düzlem kristal yönelimleridir.

3. Epitaksi teknolojisi gereksinimleri ve uygulama çözümleri

Teknolojik değişimin gerekliliği

Bilgilendirme ve zekanın geliştirilmesi ile optoelektronik cihazlara ve elektronik cihazlara olan talep düşük maliyetli ve esnek olma eğilimindedir. Bu ihtiyaçları karşılamak için, özellikle amorf substratların özelliklerine uyum sağlamak için düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilen epitaksiyal teknolojiyi geliştirmek için GAN bazlı malzemelerin mevcut epitaksiyal teknolojisini değiştirmek gerekir.

Düşük sıcaklık epitaksiyal teknolojisinin gelişimi

Prensiplerine dayalı düşük sıcaklık epitaksiyal teknolojisifiziksel buhar birikimi (Pvd)Vekimyasal buhar birikimi (CVD), reaktif manyetron püskürtme, plazma destekli MBE (PA-MBE), darbeli lazer birikimi (PLD), darbeli püskürtme (PSD), lazer destekli MBE (LMBE), uzak plazma CVD (RPCVD), MIRGLOW güçlendirilmiş MIRGRITECED güçlendirilmiş MOCD) dahil olmak üzere (RPEMOCVD), aktivite geliştirilmiş MOCVD (REMOCVD), elektron siklotron rezonans plazma arttırılmış MOCVD (ECR-PEMOCVD) ve endüktif olarak bağlanmış plazma MOCVD (ICP-MOCVD) vb.

4. PVD prensibine dayalı düşük sıcaklık epitaksi teknolojisi

Teknoloji Türleri

Reaktif manyetron püskürtme, plazma destekli MBE (PA-MBE), darbeli lazer birikimi (PLD), darbeli püskürtme birikimi (PSD) ve lazer destekli MBE (LMBE) dahil.

Teknik Özellikler

Bu teknolojiler, reaksiyon kaynağını düşük sıcaklıkta iyonize etmek için harici alan birleştirme kullanarak enerji sağlar, böylece çatlama sıcaklığını azaltır ve GAN bazlı malzemelerin düşük sıcaklıkta epitaksiyal büyümesine ulaşır. Örneğin, reaktif manyetron püskürtme teknolojisi, püskürtme işlemi sırasında elektronların kinetik enerjisini arttırmak ve hedef püskürtmeyi arttırmak için N2 ve AR ile çarpışma olasılığını arttırmak için manyetik bir alan getirir. Aynı zamanda, yüksek yoğunluklu plazmayı hedefin üzerinde sınırlandırabilir ve substrat üzerindeki iyonların bombardımanını azaltabilir.

Zorluklar

Bu teknolojilerin geliştirilmesi düşük maliyetli ve esnek optoelektronik cihazlar hazırlamayı mümkün kılmaktadır, ancak büyüme kalitesi, ekipman karmaşıklığı ve maliyet açısından zorluklarla da karşılaşırlar. Örneğin, PVD teknolojisi genellikle yüksek vakum (Rheed, Langmuir probu, vb. Gibi) altında çalışması gereken bazı yerinde izleme ekipmanları sunabilen yüksek bir vakum derecesi gerektirir, ancak büyük alan tek tip birikiminin zorluğunu arttırır ve yüksek vakumun çalışma ve bakım maliyeti yüksektir.

5. CVD prensibine dayalı düşük sıcaklık epitaksiyal teknolojisi

Teknoloji Türleri

Uzaktan plazma CVD (RPCVD), göç artmış mglow sonrası CVD (MEA-CVD), uzaktan plazma arttırılmış MOCVD (RPEMOCVD), aktivite arttırılmış mocvd (REMOCVD), elektron siklotron rezonans plazma arttırılmış MOCVD (ecr-pokvd) ve indüktif plokvd (ecr-pokvd).

Teknik Avantajlar

Bu teknolojiler, geniş alan üniforma birikimi ve maliyet azaltmaya elverişli farklı plazma kaynakları ve reaksiyon mekanizmaları kullanılarak GAN ve Inn gibi III-nitrür yarı iletken malzemelerinin daha düşük sıcaklıklarda büyümesini sağlar. Örneğin, uzaktan plazma CVD (RPCVD) teknolojisi, yüksek yoğunluklu plazma üretebilen düşük basınçlı bir plazma jeneratörü olan bir plazma jeneratörü olarak bir ECR kaynağı kullanır. Aynı zamanda, plazma lüminesans spektroskopisi (OES) teknolojisi yoluyla, N2+ ile ilişkili 391 nm spektrumu, substratın üzerinde neredeyse tespit edilemez, böylece numune yüzeyinin yüksek enerjili iyonlar tarafından bombalanmasını azaltır.

Kristal kalitesini iyileştirin

Epitaksiyal tabakanın kristal kalitesi, yüksek enerjili yüklü parçacıkların etkili bir şekilde filtrelenmesi ile geliştirilir. Örneğin, MEA-CVD teknolojisi, RPCVD'nin ECR plazma kaynağını değiştirmek için bir HCP kaynağı kullanır ve bu da yüksek yoğunluklu plazma üretimi için daha uygun hale getirir. HCP kaynağının avantajı, kuvars dielektrik penceresinin neden olduğu oksijen kontaminasyonunun olmaması ve kapasitif bağlantı (CCP) plazma kaynağından daha yüksek plazma yoğunluğuna sahip olmasıdır.

6. Özet ve Outlook

Düşük sıcaklık epitaksi teknolojisinin mevcut durumu

Literatür araştırması ve analizi yoluyla, teknik özellikler, ekipman yapısı, çalışma koşulları ve deneysel sonuçlar dahil olmak üzere düşük sıcaklık epitaksi teknolojisinin mevcut durumu özetlenmiştir. Bu teknolojiler, dış alan kaplin yoluyla enerji sağlar, büyüme sıcaklığını etkili bir şekilde azaltır, amorf substratların özelliklerine uyum sağlar ve düşük maliyetli ve esnek (OPTO) elektronik cihazlar hazırlama olasılığını sağlar.

Gelecekteki Araştırma Yönergeleri

Düşük sıcaklık epitaksi teknolojisinin geniş uygulama beklentileri vardır, ancak yine de keşif aşamasındadır. Mühendislik uygulamalarındaki sorunları çözmek için hem ekipman hem de süreç açısından derinlemesine araştırmalar gerektirir. Örneğin, plazmadaki iyon filtreleme problemini dikkate alırken daha yüksek yoğunluklu bir plazmanın nasıl elde edileceğini daha fazla incelemek gerekir; düşük sıcaklıklarda boşluktaki ön reaksiyonu etkili bir şekilde bastırmak için gaz homojenleştirme cihazının yapısı nasıl tasarlanacağı; belirli bir boşluk basıncında plazmayı etkileyen kıvılcım veya elektromanyetik alanlardan kaçınmak için düşük sıcaklık epitaksiyal ekipman ısıtıcısının nasıl tasarlanacağı.

Beklenen katkı

Bu alanın potansiyel bir geliştirme yönü haline gelmesi ve yeni nesil optoelektronik cihazların geliştirilmesine önemli katkılarda bulunması beklenmektedir. Araştırmacıların yoğun dikkat ve güçlü tanıtımı ile bu alan gelecekte potansiyel bir geliştirme yönüne dönüşecek ve yeni nesil (optoelektronik) cihazların gelişimine önemli katkılar sağlayacaktır.