GAN-pohjainen matalan lämpötilan epitaksitekniikka

1. GaN-pohjaisten materiaalien merkitys

GAN-pohjaisia ​​puolijohdemateriaaleja käytetään laajasti optoelektronisten laitteiden, tehoelektronisten laitteiden ja radiotaajuusmikroaaltolaitteiden valmistuksessa niiden erinomaisten ominaisuuksien, kuten laajojen kaistalevyominaisuuksien, korkean hajoamisen kentän voimakkuuden ja korkean lämmönjohtavuuden vuoksi. Näitä laitteita on käytetty laajasti teollisuudenaloilla, kuten puolijohdevalaistuksella, kiinteän tilan ultraviolettivalonlähteillä, aurinkoenergialla, lasernäytöllä, joustavilla näyttönäytöillä, matkaviestintä, virtalähteet, uudet energiaajoneuvot, älykkäät ruudut jne., Ja teknologia ja markkinat ovat kypsempiä.

Perinteisen epitaksitekniikan rajoitukset

Perinteinen epitaksiaalinen kasvutekniikka GAN-pohjaisille materiaaleille, kutenMOCVDjaKiskoYleensä vaativat korkean lämpötilan olosuhteet, joita ei voida soveltaa amorfisiin substraatteihin, kuten lasi ja muovit, koska nämä materiaalit eivät kestä korkeampia kasvulämpötiloja. Esimerkiksi yleisesti käytetty kelluva lasi pehmenee olosuhteissa, jotka ylittävät 600 ° C. Matalan lämpötilan kysyntäepitaksitekniikka: Kun edullisten ja joustavien optoelektronisten (elektronisten) laitteiden kysyntä kasvaa, epitaksiaalilaitteille on kysyntää, joka käyttää ulkoista sähkökenttäenergiaa reaktion edeltäjien murtamiseen alhaisissa lämpötiloissa. Tämä tekniikka voidaan suorittaa alhaisissa lämpötiloissa, sopeutumalla amorfisten substraattien ominaisuuksiin ja tarjoamalla mahdollisuus valmistaa edullisia ja joustavia (optoelektronisia) laitteita.

2. GAN-pohjaisten materiaalien kiderakenne

Kiderakenteen tyyppi

GaN-pohjaisiin materiaaleihin kuuluvat pääasiassa Gan, Inn, Aln ja niiden kolmen ja kvaternääriset kiinteät liuokset, joissa on kolme wurtzite-, sfaleriitti- ja kivisuola-kristallirakenteita, joista wurtzite-rakenne on vakain. Sphaleriittirakenne on metastabiilinen vaihe, joka voidaan muuttaa wurttiittirakenteeseen korkeassa lämpötilassa ja joka voi esiintyä wurtzite -rakenteessa pinoamisvirheiden muodossa alhaisemmissa lämpötiloissa. Kivisuolan rakenne on GAN: n korkeapainevaihe ja voi esiintyä vain erittäin korkean paine-olosuhteissa.

Kristallitasojen ja kidekaalien karakterisointi

Yleisiä kiditasoja ovat polaarinen C-taso, puolipolaarinen S-taso, R-tason, N-tason ja ei-polaarinen A-tason ja M-taso. Yleensä epitaksian safiirilla ja Si-substraateilla saadut GaN-pohjaiset ohutkalvot ovat C-tason kidisuuntauksia.

3. Epitaksiteknologian vaatimukset ja toteutusratkaisut

Teknologisen muutoksen välttämättömyys

Informaation ja älykkyyden kehittämisen myötä optoelektronisten laitteiden ja elektronisten laitteiden kysyntä on yleensä edullinen ja joustava. Näiden tarpeiden tyydyttämiseksi on välttämätöntä muuttaa GAN-pohjaisten materiaalien olemassa olevaa epitaksiaalitekniikkaa, etenkin epitaksiaalitekniikan kehittämistä, joka voidaan suorittaa alhaisissa lämpötiloissa sopeutuakseen amorfisten substraattien ominaisuuksiin.

Matalan lämpötilan epitaksiaalitekniikan kehittäminen

Matalan lämpötilan epitaksiaalitekniikka, joka perustuu periaatteisiinfyysinen höyryn laskeutuminen (PVD)jakemiallinen höyryn laskeuma (CVD), mukaan lukien reaktiivinen magnetronisputterointi, plasma-avusteinen MBE (PA-MBE), pulssitettu laserkerrostuminen (PLD), pulssitettu sputteroiva laskeuma (PSD), laser-avusteinen MBE (LMBE), etäplasman CVD (RPCVD), muuttoliike parantunut MoCVD (MEA-CVD), etäisplasma, parantunut MoCVD (MEA-CVD), kauko-PLASMA, PLASMA) (RPEMOCVD), aktiivisuusparannettu MOCVD (REMOCVD), elektronisyklotroniresonanssiplasman tehostettu MOCVD (ECR-PEMOCVD) ja induktiivisesti kytketty plasma MOCVD (ICP-MOCVD) jne.

4. PVD-periaatteeseen perustuva matalan lämpötilan epitaksitekniikka

Teknologiatyypit

Mukaan lukien reaktiivinen magnetronisputterointi, plasma-avusteinen MBE (PA-MBE), pulssitetun laserkerrostumisen (PLD), pulssitetun sputteroivan laskeutumisen (PSD) ja laser-avusteisen MBE: n (LMBE).

Tekniset ominaisuudet

Nämä tekniikat tarjoavat energiaa käyttämällä ulkoista kenttäkytkentä reaktiolähteen ionisoimiseksi matalassa lämpötilassa, vähentäen siten sen halkeilumerkinnän ja saavuttaen GAN-pohjaisten materiaalien alhaisen lämpötilan epitaksiaalisen kasvun. Esimerkiksi reaktiivinen magnetronisputterointitekniikka tuo magneettikentän ruiskutusprosessin aikana lisäämään elektronien kineettistä energiaa ja lisäämään törmäyksen todennäköisyyttä N2: n ja AR: n kanssa kohteen sputteroinnin parantamiseksi. Samanaikaisesti se voi myös rajoittaa korkean tiheyden plasman kohteen yläpuolelle ja vähentää ionien pommituksia substraatissa.

Haasteet

Vaikka näiden tekniikoiden kehittäminen on mahdollistanut edullisten ja joustavien optoelektronisten laitteiden valmistelun, niillä on myös haasteita kasvun laadun, laitteiden monimutkaisuuden ja kustannusten suhteen. Esimerkiksi PVD-tekniikka vaatii yleensä korkean tyhjiöasteen, joka voi tehokkaasti tukahduttaa esi-reaktiota ja ottaa käyttöön joitain in situ -valvontalaitteita, joiden on toimitettava korkealla tyhjöllä (kuten Rheed, Langmuir-koetin jne.), Mutta se lisää suuren alueen yhtenäisen laskeutumisen vaikeuksia ja korkean tyhjiön käyttökustannuksia ja ylläpitokustannuksia on korkea.

5. CVD-periaatteeseen perustuva matalan lämpötilan epitaksiaalitekniikka

Teknologiatyypit

Sisältää etäplasman CVD (RPCVD), migraatio tehostettu jälkihlow CVD (MEA-CVD), etäplasman tehostettu MOCVD (RPEMOCVD), aktiivisuus tehostettu MOCVD (REMOCVD), elektronisyklotroniresonanssiplasmaparannettu MOCVD (ECR-PEMOCVD) ja induktiivisesti coythed Plasma MoCVD (ICR-MOCVD).

Tekniset edut

Nämä tekniikat saavuttavat III-nitridi-puolijohdemateriaalien, kuten GAN: n ja majatalon, kasvun alhaisemmissa lämpötiloissa käyttämällä erilaisia ​​plasmalähteitä ja reaktiomekanismeja, mikä edustaa suuren alueen tasaista laskeutumista ja kustannusten vähentämistä. Esimerkiksi etäplasman CVD (RPCVD) -tekniikka käyttää ECR-lähdettä plasmageneraattorina, joka on matalapaineinen plasmageneraattori, joka voi tuottaa tiheää plasmaa. Samanaikaisesti plasman luminesenssispektroskopia (OES) -tekniikan kautta N2+: een liittyvä 391 nm

Paranna kristallinlaatua

Epitaksiaalikerroksen kidelaatua parannetaan suodattamalla tehokkaasti korkean energian varautuneet hiukkaset. Esimerkiksi MEA-CVD-tekniikka käyttää HCP-lähdettä RPCVD: n ECR-plasman lähteen korvaamiseen, mikä tekee siitä sopivamman tiheyden plasman tuottamiseen. HCP -lähteen etuna on, että kvartsin dielektrisestä ikkunasta ei ole happea saastumista, ja sen plasmatiheys on korkeampi kuin kapasitiivinen kytkentä (CCP) plasmalähde.

6. Yhteenveto ja näkymät

Matalan lämpötilan epitaksitekniikan nykyinen tila

Kirjallisuustutkimuksen ja analyysin avulla hahmotellaan matalan lämpötilan epitaksitekniikan nykytila, mukaan lukien tekniset ominaisuudet, laitteen rakenne, työolot ja kokeelliset tulokset. Nämä tekniikat tarjoavat energiaa ulkoisen kenttäkytkennän kautta, vähentävät kasvulämpötilaa tehokkaasti, sopeutuvat amorfisten substraattien ominaisuuksiin ja tarjoavat mahdollisuuden valmistaa edullisia ja joustavia (OPTO) elektronisia laitteita.

Tulevat tutkimussuunnat

Matalan lämpötilan epitaksiteknologialla on laajat sovellusnäkymät, mutta se on edelleen tutkittavassa vaiheessa. Se vaatii perusteellista tutkimusta sekä laitteista että prosessin näkökohdista ongelmien ratkaisemiseksi tekniikan sovelluksissa. Esimerkiksi on tarpeen tutkia tarkemmin, kuinka saada korkeampi tiheysplasma, kun otetaan huomioon ionin suodatusongelma plasmassa; kuinka suunnitella kaasun homogenisointilaitteen rakenne tukahduttamaan esiasemattomuuden tehokkaasti ontelossa alhaisissa lämpötiloissa; Kuinka suunnitella matalan lämpötilan epitaksiaalilaitteiden lämmitin, jotta vältetään plasmaan vaikuttavien plasmaan vaikuttavien plasmaan ja sähkömagneettisten kenttien välttämiseksi.

Odotettu panos

Tätä alasta odotetaan olevan mahdollinen kehityssuunta, ja se antaa tärkeä panos seuraavan sukupolven optoelektronisten laitteiden kehittämiseen. Tutkijoiden innokkaan huomion ja voimakkaan edistämisen myötä tämä ala kasvaa tulevaisuudessa potentiaaliseksi kehityssuuntaksi ja antaa tärkeä panos seuraavan sukupolven (optoelektronisten) laitteiden kehittämiseen.