Tehnologija epitaksije z nizko temperaturo na osnovi GAN

1. pomen materialov na osnovi GAN

Polprevodniški materiali na osnovi GAN se pogosto uporabljajo pri pripravi optoelektronskih naprav, napajalnih elektronskih naprav in radiofrekvenčnih mikrovalovnih naprav zaradi odličnih lastnosti, kot so široke značilnosti pasu, trdnost visoke razčlenitve in visoka toplotna prevodnost. Te naprave se pogosto uporabljajo v panogah, kot so polprevodniška razsvetljava, trdna ultravijolična svetloba, sončna fotovoltaka, laserski prikaz, prilagodljivi zaslonski zasloni, mobilni komunikaciji, napajalniki, nova energetska vozila, pametna omrežja itd., Tehnologija in trg pa postajajo bolj zrezni.

Omejitve tradicionalne tehnologije epitaksije

Tradicionalne tehnologije rasti epitaksialne rasti za materiale na osnovi GAN, kot soMOCVDinMBEObičajno zahtevajo visoke temperaturne pogoje, ki niso uporabni za amorfne substrate, kot sta steklo in plastika, ker ti materiali ne morejo prenesti višje temperature rasti. Na primer, običajno uporabljeno plavajoče steklo se bo zmehčalo v pogojih, ki presegajo 600 ° C. Povpraševanje po nizki temperaturiEpitaxy Technology: Z naraščajočim povpraševanjem po nizkocenovnih in prilagodljivih optoelektronskih (elektronskih) napravah obstaja povpraševanje po epitaksialni opremi, ki uporablja zunanjo energijo električnega polja za razpokanje predhodnikov reakcije pri nizkih temperaturah. To tehnologijo se lahko izvaja pri nizkih temperaturah, prilagaja se značilnosti amorfnih substratov in zagotavlja možnost priprave nizkocenovnih in fleksibilnih (optoelektronskih) naprav.

2. kristalna struktura materialov na osnovi GaN

Vrsta kristalne strukture

Materiali, ki temeljijo na GAN, vključujejo večinoma GAN, Inn, ALN in njihove trdne trdne rešitve, s tremi kristalnimi strukturami wurtzita, sfalerita in kamnine soli, med katerimi je najbolj stabilna wurtzitna struktura. Struktura sfalerita je metastabilna faza, ki se lahko pri visoki temperaturi pretvori v strukturo wurtzita in lahko obstaja v strukturi wurtzita v obliki napak zlaganja pri nižjih temperaturah. Struktura kamnine soli je faza visokega tlaka GAN in se lahko pojavi le v izjemno visokih tlačnih pogojih.

Karakterizacija kristalnih ravnin in kakovosti kristalov

Skupne kristalne ravnine vključujejo polarno C-ravnino, pol-polarno S-ravnino, r-ravnino, n-ravnino ter nepolarno A-ravnino in M-ravnino. Običajno so tanki filmi na osnovi GAN, ki jih dobimo z epitaksijo na safirnih in SI substratih, kristalne orientacije C-ravnine.

3. Zahteve za tehnologijo Epitaxy in rešitve za izvajanje

Nujnost tehnoloških sprememb

Z razvojem informatizacije in inteligence je povpraševanje po optoelektronskih napravah in elektronskih napravah ponavadi poceni in prilagodljivo. Da bi zadovoljili te potrebe, je treba spremeniti obstoječo epitaksialno tehnologijo materialov na osnovi GAN, zlasti za razvoj epitaksialne tehnologije, ki jo je mogoče izvajati pri nizkih temperaturah, da se prilagodi značilnosti amorfnih substratov.

Razvoj nizkotemperaturne epitaksialne tehnologije

Epitaksialna tehnologija nizkotemperature, ki temelji na načelihFizično odlaganje hlapov (PVD)inodlaganje kemičnih hlapov (CVD), vključno z reaktivnim magnetronskim brizganjem, plazmo podprto MBE (PA-MBE), impulznim laserskim odlaganjem (PLD), impulznim odlaganjem brizganja (PSD), lasersko podprto MBE (LMBE), oddaljenim plazemskim CVD (RPCVD), migracijami za migracijo CVD (MEA-CVD) (RPEMOCVD), aktivnost, ki je izboljšana MOCVD (REMOCVD), elektronski ciklotronski resonančni plazemski plazemski izboljšani MOCVD (ECR-PEMOCVD) in induktivno povezan plazemski MOCVD (ICP-MOCVD), ETC.

4. tehnologija z nizko temperaturo epitaksije, ki temelji na načelu PVD

Vrste tehnologije

Vključno z reaktivnim magnetronskim brizganjem, MBE (PA-MBE), pulznim laserskim odlaganjem (PLD), impulznim odlaganjem škropljenja (PSD) in lasersko podprto MBE (LMBE).

Tehnične funkcije

Te tehnologije zagotavljajo energijo z uporabo zunanje poljske povezave za ionizirajo reakcijskega vira pri nizki temperaturi, s čimer se zniža njena temperatura razpoka in dosega nizkotemperaturno epitaksialno rast materialov na osnovi GAN. Na primer, reaktivna tehnologija magnetronskega brizganja uvaja magnetno polje med postopkom brizganja, da poveča kinetično energijo elektronov in poveča verjetnost trka z N2 in AR, da poveča ciljno brizganje. Hkrati lahko tudi omeji plazmo z visoko gostoto nad ciljem in zmanjša bombardiranje ionov na podlagi.

Izzivi

Čeprav je razvoj teh tehnologij omogočil pripravo poceni in prilagodljivih optoelektronskih naprav, se soočajo tudi z izzivi glede kakovosti rasti, zapletenosti opreme in stroškov. Na primer, tehnologija PVD običajno zahteva visoko stopnjo vakuuma, ki lahko učinkovito zavira pred reakcijo in uvede nekaj opreme za spremljanje in situ, ki mora delovati pod visokim vakuumom (kot so Rhoed, Langmuir sonda itd.), Vendar pa povečuje težave z enotnim odlaganjem velikega območja, stroški obratovanja in vzdrževanja visokega vakuuma pa je visok.

5. Epitaksialna tehnologija z nizko temperaturo, ki temelji na načelu KVB

Vrste tehnologije

Vključno z oddaljeno plazmo CVD (RPCVD), migracijo, ki je izboljšana AfterGlow CVD (MEA-CVD), oddaljena plazma, izboljšana MOCVD (RPEMOCVD), Aktivnost, ki je izboljšana MOCVD (REMOCVD), Electron Cyclotron Resonance Resonance Plasma MOCVD (ECR-Plasma Flasma Enhapled MOCVD (ECR-PLASMA PLASMA MOCVD (ECR-PLASMA PLASMA PLASMA MOCVD (ICP-MOCVD).

Tehnične prednosti

Te tehnologije dosegajo rast polprevodniških materialov III-nitrida, kot sta gan in gostilna pri nižjih temperaturah z uporabo različnih virov plazme in reakcijskih mehanizmov, ki vodijo do enakomernega odlaganja in zmanjšanja stroškov na velikem območju. Na primer, tehnologija oddaljene plazme CVD (RPCVD) uporablja vir ECR kot generator plazme, ki je plazemski generator z nizkim tlakom, ki lahko ustvari plazmo z visoko gostoto. Hkrati je s tehnologijo plazemske luminescence (OES) 391 nm spekter, povezan z N2+, skoraj odkrit nad substratom in s tem zmanjšal bombardiranje površine vzorca z visokoenergetskimi ioni.

Izboljšati kakovost kristalov

Kristalna kakovost epitaksialne plasti se izboljša z učinkovito filtriranjem visokoenergijskih nabitih delcev. Na primer, tehnologija MEA-CVD uporablja vir HCP za nadomestitev vira plazme ECR RPCVD, zaradi česar je bolj primeren za ustvarjanje plazme z visoko gostoto. Prednost vira HCP je, da ni kontaminacije s kisikom, ki bi jo povzročalo kremenčevo dielektrično okno, in ima večjo gostoto plazme kot plazemski vir kapacitivne sklopke (CCP).

6. Povzetek in obeti

Trenutno stanje nizkotemperaturne tehnologije epitaksije

Z raziskavami in analizo literature je opisano trenutno stanje nizkotemperaturne tehnologije epitaksije, vključno s tehničnimi značilnostmi, strukturo opreme, delovnimi pogoji in eksperimentalnimi rezultati. Te tehnologije zagotavljajo energijo z zunanjim sklopkom polja, učinkovito zmanjšujejo temperaturo rasti, se prilagajajo značilnosti amorfnih substratov in zagotavljajo možnost priprave nizkocenovnih in prilagodljivih (OPTO) elektronskih naprav.

Prihodnje raziskovalne usmeritve

Nizkotemperaturna tehnologija epitaksija ima široke možnosti za uporabo, vendar je še vedno v raziskovalni fazi. Za reševanje težav v inženirskih aplikacijah zahteva poglobljene raziskave tako opreme kot procesnih vidikov. Na primer, treba je nadaljevati preučiti, kako pridobiti plazmo z večjo gostoto, medtem ko upoštevate problem ionskega filtriranja v plazmi; kako oblikovati strukturo naprave za homogenizacijo plina, da učinkovito zavira pred reakcijo v votlini pri nizkih temperaturah; Kako oblikovati grelec epitaksialne opreme nizkotemperature, da se izognemo iskrivim ali elektromagnetnim poljem, ki vplivajo na plazmo pri določenem tlaku v votlini.

Pričakovani prispevek

Pričakuje se, da bo to področje postalo potencialna razvojna smer in pomembno prispeval k razvoju naslednje generacije optoelektronskih naprav. Z močno pozornostjo in močno promocijo raziskovalcev bo to področje v prihodnosti preraslo v potencialno razvojno smer in pomembno prispevalo k razvoju naslednje generacije (optoelektronskih) naprav.