GaN-alapú, alacsony hőmérsékletű epitaxis technológia

1. A GaN-alapú anyagok fontossága

A GaN-alapú félvezető anyagokat széles körben használják optoelektronikus eszközök, energiaellátó elektronikus eszközök és rádiófrekvenciás mikrohullámú eszközök előkészítéséhez, kiváló tulajdonságaik, például széles sávú jellemzők, nagy bontási mező szilárdság és nagy hővezető képesség miatt. Ezeket az eszközöket széles körben használják olyan iparágakban, mint például a félvezető világítás, a szilárdtest ultraibolya fényforrások, a napenergia-fotovoltaikusok, a lézer kijelző, a rugalmas kijelző képernyők, a mobil kommunikáció, az új energia járművek, az intelligens hálózatok stb., A technológia és a piac érettebbé válnak.

A hagyományos epitaxis technológia korlátozásai

Hagyományos epitaxiális növekedési technológiák GaN-alapú anyagokhoz, példáulMoCVDésMBeÁltalában magas hőmérsékleti körülményeket igényel, amelyek nem alkalmazhatók az amorf szubsztrátokra, például az üvegre és a műanyagokra, mivel ezek az anyagok nem tudnak ellenállni a magasabb növekedési hőmérsékleteknek. Például az általánosan használt úszóüveg lágyul a 600 ° C -ot meghaladó körülmények között. Az alacsony hőmérséklet iránti igényepitaxi technológia: Az olcsó és rugalmas optoelektronikus (elektronikus) eszközök iránti növekvő kereslet révén fennáll az olyan epitaxiális berendezések, amelyek külső elektromos mező energiáját használják a reakció prekurzorok alacsony hőmérsékleten történő feltörésére. Ezt a technológiát alacsony hőmérsékleten lehet elvégezni, alkalmazkodva az amorf szubsztrátok jellemzőihez, és biztosítva az olcsó és rugalmas (optoelektronikus) eszközök előkészítését.

2. A GaN-alapú anyagok kristályszerkezete

Kristályszerkezet -típus

A GAN-alapú anyagok elsősorban a GAN, az Inn, az Aln, valamint a hármas és kvaterner szilárd oldatok között szerepelnek, három kristályszerkezetű wurtzit, sphalerit és kőzet só, amelyek közül a wurtzit szerkezet a legstabilabb. A sphalerit szerkezet egy metastabil fázis, amelyet magas hőmérsékleten átalakíthatunk a wurtzit szerkezetbe, és a wurtzit szerkezetben létezhetnek alacsonyabb hőmérsékleten történő rakási hibák formájában. A szikla só szerkezete a GaN nagynyomású fázisa, és csak rendkívül magas nyomás körülmények között jelenhet meg.

A kristály síkok és a kristályminőség jellemzése

A közönséges kristálysíkok közé tartozik a poláris C-sík, a félpólusú S-sík, az R-sík, az N-sík, valamint a nem poláris A-sík és az M-sík. Általában a GaN-alapú vékony fóliák, amelyeket az Epitaxy a zafír és az SI szubsztrátokon kapott, a C-sík kristályorientáció.

3. epitaxia technológiai követelmények és végrehajtási megoldások

A technológiai változás szükségessége

Az informatizáció és az intelligencia fejlesztésével az optoelektronikus eszközök és az elektronikus eszközök iránti igény általában olcsó és rugalmas. Az ilyen igények kielégítése érdekében meg kell változtatni a GaN-alapú anyagok meglévő epitaxiális technológiáját, különös tekintettel az epitaxiális technológia fejlesztésére, amelyet alacsony hőmérsékleten lehet elvégezni, hogy alkalmazkodjanak az amorf szubsztrátok jellemzőihez.

Az alacsony hőmérsékletű epitaxiális technológia fejlesztése

Alacsony hőmérsékletű epitaxiális technológia aFizikai gőzlerakódás (Pvd)éskémiai gőzlerakódás (CVD), beleértve a reaktív mágneses porlasztást, a plazmával segített MBE-t (PA-MBE), az impulzusos lézer lerakódást (PLD), az impulzusos porlasztást (PSD), MOCVD (Remocvd), elektronciklotron rezonancia plazma fokozott moCVD (ECR-Pemocvd) és induktív kapcsolt plazma moCVD (ICP-MOCVD) stb.

4. Az alacsony hőmérsékletű epitaxi technológia a PVD elv alapján

Technológiai típusok

Beleértve a reaktív mágneses porlasztást, a plazma-asszisztált MBE-t (PA-MBE), az impulzusos lézer lerakódást (PLD), az impulzusos porlasztást (PSD) és a lézer-asszisztált MBE-t (LMBE).

Műszaki jellemzők

Ezek a technológiák energiát biztosítanak a külső mező kapcsolásának felhasználásával a reakcióforrás alacsony hőmérsékleten történő ionizálására, ezáltal csökkentve a repedési hőmérsékletet és elérve a GaN-alapú anyagok alacsony hőmérsékleti epitaxiális növekedését. Például a reaktív mágneses porlasztó technológia bevezet egy mágneses mezőt a porlasztási folyamat során, hogy növelje az elektronok kinetikus energiáját, és növelje az N2 -vel és AR -vel való ütközés valószínűségét a cél porlasztás fokozása érdekében. Ugyanakkor a nagy sűrűségű plazmát a cél fölé is korlátozhatja, és csökkentheti az ionok bombázását a szubsztráton.

Kihívások

Noha ezeknek a technológiáknak a fejlesztése lehetővé tette az olcsó és rugalmas optoelektronikus eszközök elkészítését, a növekedés minősége, a berendezések bonyolultsága és a költségek szempontjából kihívásokkal is szembesülnek. Például, a PVD technológiának általában magas vákuumfokozatra van szükség, amely hatékonyan elnyomhatja az előreakciót, és bevezethet néhány in situ megfigyelő berendezést, amelynek nagy vákuumban kell működnie (például RHEED, Langmuir szonda stb.), De ez növeli a nagy területi egyenletes lerakódás nehézségét, és a magas vákuum működési és karbantartási költsége magas.

5. Alacsony hőmérsékletű epitaxiális technológia a CVD elv alapján

Technológiai típusok

Beleértve a távoli plazma CVD-t (RPCVD), a migráció továbbfejlesztett utánvilágítás CVD-t (MEA-CVD), a távoli plazma fokozott MOCVD-t (RPEMOCVD), az aktivitás fokozott MOCVD-t (Remocvd), az elektron ciklotron rezonancia plazma továbbfejlesztett MOCVD-t (ECR-Pemocvd).

Műszaki előnyök

Ezek a technológiák elérik a III-nitrid félvezető anyagok, például a GaN és a Inn alacsonyabb hőmérsékleten történő növekedését, különféle plazmaforrások és reakció mechanizmusok felhasználásával, amelyek elősegítik a nagy területű egyenletes lerakódást és a költségcsökkentést. Például a távoli plazma CVD (RPCVD) technológia ECR-forrást használ plazmagenerátorként, amely egy alacsony nyomású plazmagenerátor, amely nagy sűrűségű plazmát generálhat. Ugyanakkor a plazma lumineszcencia spektroszkópia (OES) technológián keresztül az N2+ -hoz kapcsolódó 391 nm-es spektrum szinte nem észlelhető a szubsztrát felett, ezáltal csökkentve a minta felületének nagy energiájú ionokkal történő bombázását.

Javítsa a kristály minőségét

Az epitaxiális réteg kristályminőségét a nagy energiával töltött részecskék hatékony szűrésével javítják. Például a MEA-CVD technológia HCP-forrást használ az RPCVD ECR plazmaforrása helyett, ami alkalmassá teszi a nagy sűrűségű plazma előállítására. A HCP -forrás előnye, hogy a kvarc dielektromos ablak által okozott oxigénszennyezés nincs, és magasabb plazma sűrűséggel rendelkezik, mint a kapacitív tengelykapcsoló (CCP) plazmaforrás.

6. Összegzés és kilátások

Az alacsony hőmérsékletű epitaxi technológia jelenlegi állapota

Az irodalmi kutatások és elemzések révén felvázolják az alacsony hőmérsékletű epitaxi technológia jelenlegi állapotát, ideértve a műszaki jellemzőket, a berendezéseket, a munkakörülményeket és a kísérleti eredményeket. Ezek a technológiák energiát biztosítanak a külső mező kapcsolásán keresztül, hatékonyan csökkentik a növekedési hőmérsékletet, alkalmazkodnak az amorf szubsztrátok jellemzőihez, és lehetőséget biztosítanak az olcsó és rugalmas (OPTO) elektronikus eszközök előkészítésére.

Jövőbeli kutatási irányok

Az alacsony hőmérsékletű epitaxi technológiának széles körű alkalmazási kilátásai vannak, de még mindig a feltáró szakaszban van. Ez mélyreható kutatást igényel mind a berendezések, mind a folyamat szempontjaiból a mérnöki alkalmazások problémáinak megoldása érdekében. Például tovább kell vizsgálni, hogyan lehet nagyobb sűrűségű plazmát elérni, miközben figyelembe vesszük az ionszűrési problémát a plazmában; hogyan lehet megtervezni a gáz homogenizáló eszköz szerkezetét, hogy az üregben alacsony hőmérsékleten hatékonyan elnyomja az üregben; Hogyan lehet megtervezni az alacsony hőmérsékletű epitaxiális berendezés fűtőberendezését, hogy elkerüljék a plazmát befolyásoló elektromágneses mezők egy adott üregnyomáson.

Várható hozzájárulás

Várható, hogy ez a terület potenciális fejlesztési iránygá válik, és fontos hozzájárulást nyújt az optoelektronikus eszközök következő generációjának fejlesztéséhez. A kutatók lelkes figyelmével és erőteljes előmozdításával ez a mező a jövőben potenciális fejlesztési irányba fog növekedni, és fontos hozzájárulást nyújt a (optoelektronikus) eszközök következő generációjának fejlesztéséhez.