Technologia epitaksji o niskiej temperaturze oparta na GAN

1. Znaczenie materiałów opartych na Gan

Materiały półprzewodników oparte na GAN są szeroko stosowane w przygotowaniu urządzeń optoelektronicznych, urządzeń elektronicznych elektronicznych i urządzeń mikrofalowych częstotliwości radiowej ze względu na ich doskonałe właściwości, takie jak charakterystyka szerokiej pasma, wysoka wytrzymałość pola rozpadu i wysoka przewodność cieplna. Urządzenia te były szeroko stosowane w branżach takich jak oświetlenie półprzewodnikowe, solidne źródła światła ultrafioletowe, fotowoltaiki słoneczne, wyświetlacz laserowy, elastyczne ekrany wyświetlacza, komunikacja mobilna, zasilacze, nowe pojazdy energetyczne, inteligentne sieci itp., A technologia i rynek stają się bardziej dojrzałe.

Ograniczenia tradycyjnej technologii epitaxii

Tradycyjne technologie wzrostu epitaksjalnego dla materiałów na bazie GAN, takich jakMOCVDIMBEZwykle wymagają warunków w wysokiej temperaturze, które nie mają zastosowania do amorficznych substratów, takich jak szkło i tworzywa sztuczne, ponieważ materiały te nie mogą wytrzymać wyższych temperatur wzrostu. Na przykład powszechnie stosowane szkło pływakowe zmiękczy w warunkach przekraczających 600 ° C. Zapotrzebowanie na niską temperaturęTechnologia epitaxy: Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na tanie i elastyczne urządzenia optoelektroniczne (elektroniczne) istnieje zapotrzebowanie na sprzęt epitaksjalny, który wykorzystuje zewnętrzną energię pola elektrycznego do pękania prekursorów reakcji w niskich temperaturach. Technologia ta może być przeprowadzana w niskich temperaturach, dostosowując się do cech amorficznych podłoża i zapewniając możliwość przygotowania tanie i elastyczne urządzenia (optoelektroniczne).

2. Struktura krystaliczna materiałów na bazie GAN

Typ struktury krystalicznej

Materiały oparte na GAN obejmują głównie GAN, Inn, ALN oraz ich trójskładnikowe i czwartorzędowe roztwory stałe, z trzema strukturami krystalicznymi Wurtzitu, sfalerytu i soli skalnej, w tym najbardziej stabilna struktura Wurtzite. Struktura sfalerytu jest fazą metastabilną, którą można przekształcić w strukturę wurtzitu w wysokiej temperaturze i może istnieć w strukturze Wurtzite w postaci uszkodzeń układania w niższych temperaturach. Struktura soli skalnej jest fazą wysokiego ciśnienia GAN i może pojawiać się tylko w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia.

Charakterystyka kryształowych płaszczyzn i jakości kryształów

Typowe płaszczyzny kryształowe obejmują polarną płaszczyznę C, półpolarną płaszczyznę S, płaszczyznę R, płaszczyznę N oraz niepolarną płaszczyznę A i płaszczyznę M. Zwykle cienkie wargi na bazie GAN uzyskane przez epitaxy na podłożach Sapphire i Si są orientacjami kryształowymi w płaszczyźnie C.

3. Wymagania dotyczące technologii epitaxii i rozwiązania wdrażania

Konieczność zmiany technologicznej

Wraz z opracowaniem informacji i inteligencji popyt na urządzenia optoelektroniczne i urządzenia elektroniczne jest zwykle tanie i elastyczne. Aby zaspokoić te potrzeby, konieczne jest zmiana istniejącej technologii epitaksjalnej materiałów opartych na GAN, szczególnie w celu opracowania technologii epitaksjalnej, która może być przeprowadzana w niskich temperaturach, aby dostosować się do cech amorficznych substratów.

Opracowanie technologii epitaksjalnej w niskiej temperaturze

Technologia epitaksjalna w niskiej temperaturze oparta na zasadachFizyczne osadzanie pary (Pvd)Ichemiczne osadzanie pary (CVD), w tym reaktywne rozpylanie magnetronowe, wspomagane plazmą MBE (PA-MBE), pulsowane osadzanie laserowe (PLD), pulsowane osadzanie rozpylania (PSD), MBE wspomagane laserowo (LMBE), zdalnie CVD MOCVD (RPCVD) (RPEMOCVD), MOCVD wzmocniona aktywnością (Remocvd), Electron Cyclotron Resonance Emproved MOCVD (ECR-PEMOCVD) i indukcyjnie sprzężone MOCVD (ICP-MOCVD) itp.

4. Technologia epitaksji o niskiej temperaturze oparta na zasadzie Pvd

Typy technologii

W tym reaktywne rozpylenie magnetronowe, MBE wspomagane w osoczu (PA-MBE), pulsowane osadzanie laserowe (PLD), pulsowane osadzanie rozpylania (PSD) i mBE wspomagane laserowo (LMBE).

Funkcje techniczne

Technologie te zapewniają energię poprzez zastosowanie zewnętrznego sprzężenia pola w celu jonizowania źródła reakcji w niskiej temperaturze, zmniejszając w ten sposób jego temperaturę pękania i osiągając niski temperaturowy wzrost epitaksjalny materiałów na bazie GAN. Na przykład reaktywna technologia rozpylania magnetronowego wprowadza pole magnetyczne podczas procesu rozpylania w celu zwiększenia energii kinetycznej elektronów i zwiększenia prawdopodobieństwa zderzenia z N2 i AR w celu zwiększenia rozpylania docelowego. Jednocześnie może również ograniczać osocze o dużej gęstości nad celem i zmniejszyć bombardowanie jonów na podłożu.

Wyzwania

Chociaż opracowanie tych technologii umożliwiło przygotowanie tanich i elastycznych urządzeń optoelektronicznych, stają one również na wyzwania pod względem jakości wzrostu, złożoności sprzętu i kosztów. Na przykład technologia PVD zwykle wymaga wysokiego stopnia próżniowego, który może skutecznie tłumić reakcję i wprowadzać niektóre urządzenia monitorujące w site, które muszą działać pod wysoką próżnią (takimi jak Rheed, sonda Langmuir itp.), Ale zwiększa trudność jednolitego osadzania się na dużym obszarze, a koszt obsługi i utrzymania wysokiej próżni są wysokie.

5. Technologia epitaksjalna w niskiej temperaturze oparta na zasadzie CVD

Typy technologii

W tym zdalne CVD w osoczu (RPCVD), CVD wzmocnioną migracją (MEA-CVD), MOCVD wzmocnionego w osoczu (RPEMOCVD) wzmocnionego przez plazmę (RPEMOCVD) i MOCVD z indukcyjnie MOCVD (ICP-MOCVD).

Zalety techniczne

Technologie te osiągają wzrost materiałów półprzewodników III-nitride, takich jak GAN i Inn w niższych temperaturach, stosując różne źródła plazmy i mechanizmy reakcji, które sprzyjają jednolitym osadzaniu się i zmniejszeniu kosztów. Na przykład technologia zdalnego plazmowego CVD (RPCVD) wykorzystuje źródło ECR jako generator plazmy, który jest generatorem plazmowym o niskim ciśnieniu, który może generować plazmę o wysokiej gęstości. Jednocześnie, dzięki technologii spektroskopii luminescencyjnej w osoczu (OES), widmo 391 nm związane z N2+ jest prawie niewykrywalne nad podłożem, zmniejszając w ten sposób bombardowanie powierzchni próbki za pomocą jonów o wysokiej energii.

Popraw jakość kryształów

Jakość kryształów warstwy epitaksjalnej ulepsza się poprzez skuteczne filtrowanie cząstek naładowanych wysokoenergetycznych. Na przykład technologia MEA-CVD wykorzystuje źródło HCP do zastąpienia źródła plazmy ECR RPCVD, co czyni go bardziej odpowiednim do generowania plazmy o dużej gęstości. Zaletą źródła HCP jest to, że nie ma zanieczyszczenia tlenu spowodowanego przez okno dielektryczne kwarcowe i ma ono wyższą gęstość plazmatyczną niż źródło plazmatyczne sprzężenia pojemnościowego (CCP).

6. Podsumowanie i perspektywy

Obecny status technologii epitaxii w niskiej temperaturze

Dzięki badaniom i analizie literatury przedstawiono obecny status technologii epitaxii o niskiej temperaturze, w tym cechy techniczne, strukturę sprzętu, warunki pracy i wyniki eksperymentalne. Technologie te zapewniają energię poprzez zewnętrzne sprzężenie pola, skutecznie obniżają temperaturę wzrostu, dostosowują się do cech amorficznych substratów i zapewniają możliwość przygotowania tanich i elastycznych urządzeń elektronicznych (OPTO).

Przyszłe kierunki badań

Technologia epitaksji o niskiej temperaturze ma szerokie potencjalne potencjalne aplikacje, ale wciąż znajduje się w etapie eksploracyjnym. Wymaga to dogłębnych badań zarówno z aspektów sprzętu, jak i procesów w celu rozwiązywania problemów w aplikacjach inżynieryjnych. Na przykład konieczne jest dalsze badanie, jak uzyskać plazmę o większej gęstości, biorąc pod uwagę problem filtrowania jonów w osoczu; jak zaprojektować strukturę urządzenia do homogenizacji gazu, aby skutecznie stłumić reakcję przed reakcją w jamie w niskich temperaturach; Jak zaprojektować grzejnik sprzętu epitaksjalnego o niskiej temperaturze, aby uniknąć iskrzenia lub elektromagnetycznych pól wpływających na plazmę przy określonym ciśnieniu wnęki.

Oczekiwany wkład

Oczekuje się, że ta dziedzina stanie się potencjalnym kierunkiem rozwoju i przyczyni się do rozwoju następnej generacji urządzeń optoelektronicznych. Z bystrej uwagą i energiczną promocją badaczy, dziedzina ta będzie rosła w potencjalnym kierunku rozwoju w przyszłości i wniesie istotny wkład w rozwój następnej generacji urządzeń (optoelektronicznych) urządzeń.