Технологија на епитаксија со ниска температура базирана на GaN

1. Важноста на материјалите базирани на GaN

Полупроводничките материјали базирани на GaN се широко користени во подготовката на оптоелектронски уреди, електронски уреди за напојување и микробранови уреди со радио фреквенција поради нивните одлични својства како што се карактеристиките на широк опсег, висока јачина на полето на распаѓање и висока топлинска спроводливост. Овие уреди се широко користени во индустрии како што се полупроводничко осветлување, извори на ултравиолетова светлина во цврста состојба, соларни фотоволтаици, ласерски дисплеј, флексибилни екрани на екранот, мобилни комуникации, напојувања, возила со нова енергија, паметни мрежи итн., и технологија и пазарот стануваат се позрели.

Ограничувања на традиционалната технологија на епитаксии

Традиционални технологии за епитаксијален раст за материјали базирани на GaN како што сеMOCVDиМБЕобично бараат високи температурни услови, кои не се применливи за аморфни подлоги како стакло и пластика бидејќи овие материјали не можат да издржат повисоки температури на раст. На пример, вообичаено употребуваното пловечко стакло ќе омекне под услови над 600°C. Побарувачка за ниски температуритехнологија на епитаксија: Со зголемената побарувачка за евтини и флексибилни оптоелектронски (електронски) уреди, постои побарувачка за епитаксијална опрема што користи енергија од надворешно електрично поле за пукање на прекурсори на реакција при ниски температури. Оваа технологија може да се изведува на ниски температури, приспособувајќи се на карактеристиките на аморфните подлоги и обезбедувајќи можност за подготовка на евтини и флексибилни (оптоелектронски) уреди.

2. Кристална структура на материјали базирани на GaN

Тип на кристална структура

Материјалите базирани на GaN главно ги вклучуваат GaN, InN, AlN и нивните тројни и кватернерни цврсти раствори, со три кристални структури од вурцит, сфалерит и камена сол, меѓу кои вурцитната структура е најстабилна. Структурата на сфалерит е метастабилна фаза, која може да се трансформира во вурцитната структура на висока температура и може да постои во вурцитната структура во форма на раседи на натрупување на пониски температури. Структурата на камената сол е фаза на висок притисок на GaN и може да се појави само во услови на екстремно висок притисок.

Карактеризација на кристалните рамнини и квалитетот на кристалите

Вообичаените кристални рамнини вклучуваат поларна c-рамнина, полуполарна s-рамнина, r-рамнина, n-рамнина и неполарна a-рамнина и m-рамнина. Вообичаено, тенките фолии базирани на GaN добиени со епитаксија на сафир и Si супстрати се кристални ориентации со рамнина c.

3. Барања за технологија на Epitaxy и решенија за имплементација

Неопходност од технолошки промени

Со развојот на информатизацијата и интелигенцијата, побарувачката за оптоелектронски уреди и електронски уреди има тенденција да биде евтина и флексибилна. За да се задоволат овие потреби, неопходно е да се промени постоечката епитаксијална технологија на материјалите базирани на GaN, особено да се развие епитаксијална технологија која може да се изведува на ниски температури за да се прилагоди на карактеристиките на аморфните подлоги.

Развој на нискотемпературна епитаксијална технологија

Нискотемпературна епитаксијална технологија заснована на принципите нафизичко таложење на пареа (ПВД)ихемиско таложење на пареа (CVD), вклучувајќи реактивно прскање со магнетрон, MBE со помош на плазма (PA-MBE), импулсно ласерско таложење (PLD), таложење со импулсно прскање (PSD), MBE со помош на ласер (LMBE), CVD од далечина плазма (RPCVD), подобрена миграција после блескање CVD ( MEA-CVD), далечинско плазма подобрено MOCVD (RPEMOCVD), подобрена активност MOCVD (REMOCVD), електронски циклотрон резонантна плазма подобрена MOCVD (ECR-PEMOCVD) и индуктивно поврзана плазма MOCVD (ICP-MOCVD), итн.

4. Технологија на нискотемпературна епитаксија заснована на принципот ПВД

Видови технологија

Вклучувајќи реактивно прскање со магнетрон, MBE со помош на плазма (PA-MBE), импулсно ласерско таложење (PLD), таложење со импулсно распрскување (PSD) и MBE со помош на ласер (LMBE).

Технички карактеристики

Овие технологии обезбедуваат енергија со користење на надворешно поле за спојување за јонизирање на изворот на реакција при ниска температура, со што се намалува неговата температура на пукање и се постигнува нискотемпературен епитаксијален раст на материјалите базирани на GaN. На пример, технологијата на реактивно прскање со магнетрон воведува магнетно поле за време на процесот на распрскување за да се зголеми кинетичката енергија на електроните и да се зголеми веројатноста за судир со N2 и Ar за да се подобри целното прскање. Во исто време, може да ја ограничи и плазмата со висока густина над целта и да го намали бомбардирањето на јоните на подлогата.

Предизвици

Иако развојот на овие технологии овозможи да се подготват евтини и флексибилни оптоелектронски уреди, тие исто така се соочуваат со предизвици во однос на квалитетот на растот, сложеноста на опремата и цената. На пример, PVD технологијата обично бара висок степен на вакуум, што може ефикасно да ја потисне претходната реакција и да воведе опрема за мониторинг на самото место која мора да работи под висок вакуум (како RHEED, Langmuir сонда, итн.), но ја зголемува тешкотијата на голема површина униформа таложење, и трошоците за работа и одржување на висок вакуум е висока.

5. Нискотемпературна епитаксијална технологија заснована на CVD принцип

Видови технологија

Вклучувајќи CVD од далечина плазма (RPCVD), подобрена миграција CVD (MEA-CVD), далечинска плазма засилена MOCVD (RPEMOCVD), подобрена активност MOCVD (REMOCVD), електронска циклотрон резонантна плазма подобрена MOCVD (ECR-PEMOCVD индуктивно MOCVD) ICP-MOCVD).

Технички предности

Овие технологии го постигнуваат растот на III-нитридни полупроводнички материјали како што се GaN и InN на пониски температури со користење на различни извори на плазма и механизми за реакција, што е погодно за еднообразно таложење на голема површина и намалување на трошоците. На пример, технологијата за далечинско плазма CVD (RPCVD) користи извор на ECR како генератор на плазма, кој е генератор на плазма со низок притисок кој може да генерира плазма со висока густина. Во исто време, преку технологијата за плазма луминисцентна спектроскопија (OES), спектарот од 391 nm поврзан со N2+ е ​​речиси незабележлив над подлогата, со што се намалува бомбардирањето на површината на примерокот од високоенергетски јони.

Подобрете го квалитетот на кристалите

Кристалниот квалитет на епитаксијалниот слој е подобрен со ефикасно филтрирање на наелектризираните честички со висока енергија. На пример, MEA-CVD технологијата користи HCP извор за да го замени ECR плазма изворот на RPCVD, што го прави посоодветен за генерирање на плазма со висока густина. Предноста на изворот на HCP е што нема контаминација со кислород предизвикана од кварцниот диелектричен прозорец и има поголема густина на плазмата од изворот на плазма со капацитивна спојка (CCP).

6. Резиме и Outlook

Тековниот статус на технологијата на епитаксии со ниска температура

Преку истражување и анализа на литературата, е наведен моменталниот статус на технологијата на епитаксија на ниски температури, вклучувајќи технички карактеристики, структура на опремата, работни услови и експериментални резултати. Овие технологии обезбедуваат енергија преку надворешно поле спојување, ефикасно ја намалуваат температурата на раст, се прилагодуваат на карактеристиките на аморфните подлоги и обезбедуваат можност за подготовка на евтини и флексибилни (опто) електронски уреди.

Идни истражувачки насоки

Технологијата на епитаксијата со ниска температура има широки можности за примена, но таа сè уште е во фаза на истражување. Потребно е длабинско истражување и од аспект на опремата и од процесот за да се решат проблемите во инженерските апликации. На пример, потребно е дополнително да се проучи како да се добие плазма со поголема густина додека се зема предвид проблемот со филтрирање на јони во плазмата; како да се дизајнира структурата на уредот за хомогенизација на гас за ефикасно да се потисне пред-реакцијата во шуплината при ниски температури; како да се дизајнира грејачот на нискотемпературната епитаксијална опрема за да се избегне искри или електромагнетни полиња кои влијаат на плазмата при специфичен притисок во шуплината.

Очекуван придонес

Се очекува оваа област да стане потенцијална развојна насока и да даде важен придонес во развојот на следната генерација на оптоелектронски уреди. Со големо внимание и енергична промоција на истражувачите, оваа област ќе прерасне во потенцијална насока за развој во иднина и ќе даде важен придонес во развојот на следната генерација на (оптоелектронски) уреди.