Технологія епітаксії на базі Ган на базі Ган

1. Важливість матеріалів на основі GAN

Напівпровідникові матеріали на основі GAN широко використовуються при підготовці оптоелектронних пристроїв, електроживих пристроїв та радіочастотних мікрохвильових пристроїв завдяки їх відмінним властивостям, такими як широкі характеристики пропускної смуги, висока міцність поля та висока теплопровідність. Ці пристрої широко використовуються в таких галузях, як напівпровідникове освітлення, твердотільні джерела ультрафіолетового світла, сонячні фотоелектрики, лазерний дисплей, гнучкі екрани, мобільні комунікації, джерела живлення, нові енергетичні транспортні засоби, розумні сітки тощо, а технологія та ринок стають більш зрілими.

Обмеження традиційної технології епітакси

Традиційні епітаксіальні технології росту для матеріалів на основі GAN, таких якМоквдіMBEЗазвичай потребують умов високої температури, які не застосовуються до аморфних субстратів, таких як скло та пластмаса, оскільки ці матеріали не витримують більш високих температур росту. Наприклад, зазвичай використовуване поплавкове скло пом'якшиться в умовах, що перевищують 600 ° C. Попит на низькотемпературуТехнологія епітакси: Зі збільшенням попиту на недорогі та гнучкі оптоелектронні (електронні) пристрої, існує попит на епітаксіальне обладнання, яке використовує енергію зовнішнього електричного поля для розтріскування попередників реакцій при низьких температурах. Ця технологія може здійснюватися при низьких температурах, адаптуючись до характеристик аморфних субстратів, і забезпечуючи можливість підготовки недорогих та гнучких (оптоелектронних) пристроїв.

2. Кристалічна структура матеріалів на основі GAN

Тип кристалічної структури

Матеріали на основі GAN в основному включають GAN, Inn, ALN та їх потрійні та четвертинні тверді розчини, з трьома кристалічними структурами Вурцит, сфалеріт та гірської солі, серед яких структура Вурцита є найбільш стійкою. Структура сфалериту - це метастабільна фаза, яка може бути перетворена в структуру Вурцита при високій температурі, і може існувати в структурі Вурцит у вигляді розломів у нижчих температурах. Структура гірської солі-це фаза високого тиску GAN і може з’являтися лише в надзвичайно високих умовах тиску.

Характеристика кристалічних площин та якість кристалів

Поширені кристалічні площини включають полярні С-площини, напівполярні S-площини, R-площину, N-площину та неполярний A-площину та M-площину. Зазвичай тонкі плівки на основі GAN, отримані епітаксією на субстратах сапфіру та Si, є кристалічними орієнтаціями C-плане.

3. Вимоги та рішення щодо впровадження епітакси

Необхідність технологічних змін

З розвитком інформатизації та інтелекту, попит на оптоелектронні пристрої та електронні пристрої, як правило, є недорогим та гнучким. Для задоволення цих потреб необхідно змінити існуючу епітаксіальну технологію матеріалів на основі GAN, особливо на розробку епітаксіальної технології, яка може бути здійснена при низьких температурах для адаптації до характеристик аморфних субстратів.

Розробка низькотемпературних епітаксіальних технологій

Низькотемпературна епітаксіальна технологія на основі принципівфізичне осадження пари (PVD)іхімічне осадження пари (CVD), включаючи реактивне розпилення магнетронів, MBE, що підтримує плазму (PA-MBE), імпульсне лазерне осадження (PLD), імпульсне осадження (PSD), лазерний MBE (LMBE), дистанційне плазму CVD (RPCVD), міграція, що посилюється після GVD (mea-cvd), віддаленого MOCOCLD CVD) (RPEMOCVD), Активність посилювали MOCVD (RemoCVD), електронно-циклотронну резонансну плазму, що посилюють MOCVD (ECR-PEMOCVD) та індуктивно пов'язані плазми MOCVD (ICP-MOCVD) тощо.

4. Низькотемпературна технологія епітакси на основі принципу PVD

Типи технологій

Включаючи реактивне розпилення магнтронів, MBE, що підтримує плазму (PA-MBE), імпульсне лазерне осадження (PLD), імпульсне осадження розпилення (PSD) та лазерне MBE (LMBE).

Технічні особливості

Ці технології забезпечують енергію за допомогою зовнішнього польового з'єднання з іонізацією джерела реакції при низькій температурі, тим самим знижуючи його температуру розтріскування та досягнення низькотемпературного епітаксіального росту матеріалів на основі GAN. Наприклад, реактивна технологія розпилення магнетрона вводить магнітне поле під час процесу розпилення для збільшення кінетичної енергії електронів та збільшення ймовірності зіткнення з N2 та АР для посилення цільового розпилення. У той же час він також може обмежувати плазму високої щільності вище цілі та зменшити обстріл іонів на підкладці.

Виклики

Хоча розробка цих технологій дала змогу підготувати недорогі та гнучкі оптоелектронні пристрої, вони також стикаються з проблемами з точки зору якості зростання, складності обладнання та витрат. Наприклад, технологія PVD зазвичай вимагає високого ступеня вакууму, який може ефективно придушити попередню реакцію та ввести дещо обладнання для моніторингу на місці, яке повинно працювати під високим вакуумом (наприклад, RHEED, Langmuir Probe тощо), але збільшує складність уніформу великої райони, а також експлуатація та вартість обслуговування високої вакууму-висока.

5. Низькотемпературна епітаксіальна технологія на основі принципу ССЗ

Типи технологій

Включаючи віддалену плазму CVD (RPCVD), міграцію посилили післясувний CVD (MEA-CVD), віддалену плазму MOCVD (RPEMOCVD), активність, що посилює MOCVD (RemoCVD), електронну циклотронну резонансну плазму MOCVD (ECR-PEMOCVD) (ICP-MOCVD).

Технічні переваги

Ці технології досягають зростання напівпровідникових матеріалів III-нітриду, таких як GAN та Inn при менших температурах, використовуючи різні джерела плазми та механізми реакції, що сприяє рівномірному осадженню та зменшення витрат. Наприклад, технологія віддаленої плазми CVD (RPCVD) використовує джерело ECR як генератор плазми, який є генератором плазми низького тиску, який може генерувати плазму високої щільності. У той же час, за допомогою технології спектроскопії люмінесценції в плазмі (ОЕС), спектр 391 нм, пов'язаний з N2+, майже не виявляється вище підкладки, тим самим зменшуючи обстріл поверхні зразка високоенергетичними іонами.

Поліпшити якість кристалів

Якість кристалів епітаксіального шару покращується шляхом ефективної фільтрації високоенергетичних заряджених частинок. Наприклад, технологія MEA-CVD використовує джерело HCP для заміни джерела плазми ECR RPCVD, що робить його більш придатним для генерування плазми високої щільності. Перевага джерела HCP полягає в тому, що забруднення киснем не спричинене кварцовим діелектричним вікном, і воно має більш високу щільність плазми, ніж джерело плазми ємнісного зв'язку (CCP).

6. Короткий та світогляд

Поточний статус низькотемпературної технології епітакси

Завдяки дослідженню та аналізу літератури, окреслюється сучасний стан низькотемпературної технології епітакси, включаючи технічні характеристики, структуру обладнання, умови праці та експериментальні результати. Ці технології забезпечують енергію за допомогою зовнішнього польового з'єднання, ефективно знижують температуру росту, адаптуються до характеристик аморфних субстратів та забезпечують можливість підготовки недорогих та гнучких (OPTO) електронних пристроїв.

Майбутні напрямки досліджень

Низькотемпературна технологія епітакси має широкі перспективи застосування, але вона все ще знаходиться в дослідницькій стадії. Це вимагає поглиблених досліджень як з обладнання, так і з аспектів процесів для вирішення проблем в інженерних додатках. Наприклад, необхідно подальше вивчити, як отримати плазму більш високої щільності, розглядаючи проблему фільтрації іонів у плазмі; як розробити структуру пристрою гомогенізації газу для ефективного придушення попередньої реакції в порожнині при низьких температурах; Як розробити нагрівач низькотемпературного епітаксіального обладнання, щоб уникнути іскрових або електромагнітних полів, що впливають на плазму при специфічному тиску порожнини.

Очікуваний внесок

Очікується, що це поле стане потенційним напрямком розвитку та зробить важливий внесок у розробку наступного покоління оптоелектронних пристроїв. Завдяки уважній уваги та енергійній просуванні дослідників, ця сфера переросте в потенційному напрямку розвитку в майбутньому та зробить важливий внесок у розробку наступного покоління (оптоелектронних) пристроїв.