Ganil põhinev madala temperatuuriga epitaksia tehnoloogia

1. GAN-põhiste materjalide tähtsus

GAN-põhiseid pooljuhtide materjale kasutatakse laialdaselt optoelektrooniliste seadmete, elektrienergiaseadmete ja raadiosageduse mikrolaineseadmete valmistamisel tänu nende suurepärastele omadustele, näiteks laia ribalaua omadustele, kõrge lagunemisvälja tugevuse ja kõrge soojusjuhtivuse tõttu. Neid seadmeid on laialdaselt kasutatud sellistes tööstusharudes nagu pooljuhtide valgustus, tahkis-ultraviolettvalguse allikad, päikeseenergia fotogalvaaniilid, laseriekraanid, paindlikud ekraanid, mobiilside, toiteallikad, uued energiasõidukid, nutikad jne ning tehnoloogia ja turg muutuvad küpsemaks.

Traditsioonilise epitaksia tehnoloogia piirangud

Traditsioonilised epitaksiaalsed kasvutehnoloogiad GAN-põhiste materjalide, näiteksMocvdjaMBETavaliselt vajavad kõrge temperatuuri tingimusi, mis ei ole rakendatavad amorfsete substraatide, näiteks klaasi ja plasti suhtes, kuna need materjalid ei suuda taluda suuremat kasvutemperatuuri. Näiteks pehmeneb tavaliselt kasutatav ujukklaas tingimustes, mis ületavad 600 ° C. Nõudlus madala temperatuuri järeleEpitaksia tehnoloogia: Kuna kasvav nõudlus odavate ja painduvate optoelektrooniliste (elektrooniliste) seadmete järele on nõudlus epitaksiaalsete seadmete järele, mis kasutab välist elektrivälja energiat reaktsiooni eelkäijate pragunemiseks madalatel temperatuuridel. Seda tehnoloogiat saab läbi viia madalatel temperatuuridel, kohanedes amorfsete substraatide omadustega ja võimaluse valmistada ette odavaid ja paindlikke (optoelektroonilisi) seadmeid.

2. GAN-põhiste materjalide kristallstruktuur

Kristallstruktuuri tüüp

Ganipõhised materjalid hõlmavad peamiselt GAN, INN, ALN ning nende kolmekomponentsed ja kvaternaarsed tahked lahused, millel on kolm wurtsiidi, sphaleriidi ja kivimoola kristallstruktuuri, mille hulgas on kõige stabiilsem wurtzite struktuur. Sphaleriidi struktuur on metastabiilne faas, mille saab muuta kõrgel temperatuuril wurtsiidi struktuuriks ja võib eksisteerida Wurtzite'i struktuuris virnastamise rikete kujul madalamatel temperatuuridel. Kivimoola struktuur on GAN-i kõrgsurvefaas ja võib esineda ainult eriti kõrgrõhu tingimustes.

Kristalltasandite ja kristallide kvaliteedi iseloomustamine

Tavaliste kristalltasapindade hulka kuuluvad polaarne C-tasand, poolpolaarne S-tasand, R-tasand, N-tasand ja mittepolaarne A-tasand ja M-tasand. Tavaliselt on epitaxy poolt safiiri- ja Si substraatidel saadud GAN-põhised õhukesed kiled C-tasapinna kristallide orientatsioonid.

3. epitaxy tehnoloogia nõuded ja rakenduslahendused

Tehnoloogiliste muutuste vajalikkus

Informatsiooni ja intelligentsuse väljatöötamisega kipub nõudlus optoelektrooniliste ja elektrooniliste seadmete järele olema odav ja paindlik. Nende vajaduste rahuldamiseks on vaja muuta GAN-põhiste materjalide olemasolevat epitaksiaalse tehnoloogiat, eriti et töötada välja epitaksiaalse tehnoloogia, mida saab läbi viia madalatel temperatuuridel, et kohaneda amorfsete substraatide omadustega.

Madala temperatuuriga epitaksiaalse tehnoloogia väljatöötamine

Madala temperatuuriga epitaksiaalne tehnoloogia, mis põhineb põhimõtetelFüüsiline aurude sadestumine (Pvd)jaKeemiline aurude sadestumine (CVD)sealhulgas reaktiivse magnetroni pritsimine, plasma-abiga MBE (PA-MBE), impulsslaseri ladestumine (PLD), impulss-pritsimise ladestumine (PSD), laser-assisteeritud MBE (LMBE), kaugplasma CVD (RPCVD), migratsiooni suurendatud järelmõju (MEA-CVD), MEA-CVD (MEA-CVD), MEA-CVD (MEA-CVD), MEA-CVD (MEA-CVD), MEA-CVD (MEA-CVD), MEA-CVD (MEA-CVD), MEA-CVD (MEA-CVD) (RPEMOCVD), aktiivsus tugevdatud MOCVD (remocVD), elektronsüklotroni resonantsplasma tugevdatud MOCVD (ECR-PemocvD) ja induktiivselt ühendatud plasma MOCVD (ICP-MOCVD) jne.

4. madala temperatuuriga epitaksia tehnoloogia, mis põhineb PVD põhimõttel

Tehnoloogiatüübid

Sealhulgas reaktiivne magnetroni pritsimine, plasma abil MBE (PA-MBE), impulss-laseri sadestumine (PLD), impulss-pritsimise ladestumine (PSD) ja laseriga abistatud MBE (LMBE).

Tehnilised omadused

Need tehnoloogiad pakuvad energiat, kasutades välise väljasilla saamist reaktsiooniallika ioniseerimiseks madalal temperatuuril, vähendades seeläbi selle pragunemistemperatuuri ja saavutades GAN-põhiste materjalide madala temperatuuriga epitaksiaalse kasvu. Näiteks tutvustab reaktiivne magnetroni pritsimistehnoloogia pritsimisprotsessi ajal magnetvälja, et suurendada elektronide kineetilist energiat ja suurendada kokkupõrke tõenäosust N2 ja AR -ga, et suurendada sihtmärgi pritsimist. Samal ajal võib see piirata ka suure tihedusega plasma sihtmärgist ja vähendada substraadi ioonide pommitamist.

Väljakutsed

Ehkki nende tehnoloogiate arendamine on võimaldanud valmistada odavaid ja paindlikke optoelektroonilisi seadmeid, seisavad need silmitsi ka kasvukvaliteedi, seadmete keerukuse ja kulude osas. Näiteks nõuab PVD-tehnoloogia tavaliselt kõrget vaakumkraadi, mis suudab tõhusalt maha suruda eelreaktsiooni ja tutvustada mõnda situ-seireseadmega, mis peavad töötama kõrge vaakumi korral (näiteks Rheed, Langmuiri sond jne), kuid see suurendab suure piirkonna ühtlase ladestumise raskusi ning kõrge vaakumi töö ja hoolduskulud on kõrge.

5. Madala temperatuuriga epitaksiaalne tehnoloogia, mis põhineb CVD põhimõttel

Tehnoloogiatüübid

Sealhulgas kaugplasma CVD (RPCVD), migratsiooni tugevdatud järelmõju CVD (MEA-CVD), kaugplasma tugevdatud MOCVD (RPEMOCVD), aktiivsuse suurendatud MOCVD (remocvd), elektronsüklotroni resonantsi suurendatud MOCVD (ECR-PemocvD) ja inimpeerunud plasma. (ICP-MOCVD).

Tehnilised eelised

Need tehnoloogiad saavutavad iii-nitriidi pooljuhtmaterjalide nagu GAN ja Inn kasvu madalamal temperatuuril, kasutades erinevaid plasmaallikaid ja reaktsioonimehhanisme, mis soodustavad suure piirkonna ühtlase sadestumise ja kulude vähenemist. Näiteks kasutab kaugplasma CVD (RPCVD) tehnoloogia plasmageneraatorina ECR-allikat, mis on madala rõhuga plasmageneraator, mis võib tekitada suure tihedusega plasma. Samal ajal on Plasma luminestsentsi spektroskoopia (OES) tehnoloogia kaudu N2+ -ga seotud 391 nm spekter peaaegu tuvastamatu substraadi kohal, vähendades seeläbi proovipinna pommitamist suure energiatarbega ioonide abil.

Parandada kristallide kvaliteeti

Epitaksiaalse kihi kristallkvaliteeti parandatakse suure energiaga laetud osakeste tõhusa filtreerimisega. Näiteks kasutab MEA-CVD tehnoloogia ECR-i RPCVD allika asendamiseks HCP-allikat, muutes selle sobivamaks suure tihedusega plasma genereerimiseks. HCP allika eeliseks on see, et kvartsi dielektrilise akna põhjustatud hapniku saastumist ei ole ja sellel on kõrgem plasma tihedus kui mahtuvuslikul sidumisel (CCP) plasmaallikas.

6. Kokkuvõte ja väljavaade

Madala temperatuuriga epitaksia tehnoloogia praegune seisund

Kirjanduse uurimise ja analüüsi kaudu on välja toodud madala temperatuuriga epitaksia tehnoloogia praegune seisund, sealhulgas tehnilised omadused, seadmete struktuur, töötingimused ja eksperimentaalsed tulemused. Need tehnoloogiad pakuvad energiat välise välja sidumise kaudu, vähendavad tõhusalt kasvutemperatuuri, kohanevad amorfsete substraatide omadustega ja pakuvad võimalust ette valmistada odavaid ja paindlikke (OPTO) elektroonilisi seadmeid.

Tulevased uurimissuundad

Madala temperatuuriga epitaksia tehnoloogial on laialdased rakenduste väljavaated, kuid see on endiselt uurimuslikus etapis. Insenerirakenduste probleemide lahendamiseks on vaja nii seadmete kui ka protsessi aspektide põhjalikku uurimist. Näiteks on vaja täiendavalt uurida, kuidas saada suurema tihedusega plasma, arvestades ioonide filtreerimisprobleemi plasmas; kuidas kujundada gaasi homogeniseerimisseadme struktuuri, et vähesel temperatuuril õõnsuse eelreaktsiooni tõhusalt maha suruda; Kuidas kujundada madala temperatuuriga epitaksiaalsete seadmete küttekeha, et vältida plasmat mõjutavaid spandereeringuid või elektromagnetilisi väljasid konkreetsel õõnsuse rõhul.

Eeldatav panus

Eeldatakse, et sellest valdkonnast saab potentsiaalne arengusuund ja annab olulise panuse järgmise põlvkonna optoelektrooniliste seadmete väljatöötamisse. Teadlaste terava tähelepanu ja jõulise edendamisega kasvab see vald tulevikus potentsiaalseks arengusuunaks ja annab olulise panuse järgmise põlvkonna (optoelektrooniliste) seadmete väljatöötamisse.