1. lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth
Datblygwyd y dechnoleg lled-ddargludyddion cenhedlaeth gyntaf yn seiliedig ar ddeunyddiau lled-ddargludyddion megis Si a Ge. Dyma'r sail berthnasol ar gyfer datblygu transistorau a thechnoleg cylched integredig. Gosododd y deunyddiau lled-ddargludyddion cenhedlaeth gyntaf y sylfaen ar gyfer y diwydiant electronig yn yr 20fed ganrif a dyma'r deunyddiau sylfaenol ar gyfer technoleg cylched integredig.
Mae'r deunyddiau lled-ddargludyddion ail genhedlaeth yn bennaf yn cynnwys gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, arsenid alwminiwm a'u cyfansoddion teiran. Y deunyddiau lled-ddargludyddion ail genhedlaeth yw sylfaen y diwydiant gwybodaeth optoelectroneg. Ar y sail hon, mae diwydiannau cysylltiedig megis goleuo, arddangos, laser a ffotofoltäig wedi'u datblygu. Fe'u defnyddir yn eang mewn technoleg gwybodaeth gyfoes a diwydiannau arddangos optoelectroneg.
Mae deunyddiau cynrychioliadol y deunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth yn cynnwys gallium nitride a silicon carbide. Oherwydd eu bwlch band eang, cyflymder drifft dirlawnder electronau uchel, dargludedd thermol uchel, a chryfder maes dadelfennu uchel, maent yn ddeunyddiau delfrydol ar gyfer paratoi dyfeisiau electronig dwysedd pŵer uchel, amledd uchel a cholled isel. Yn eu plith, mae gan ddyfeisiau pŵer carbid silicon fanteision dwysedd ynni uchel, defnydd isel o ynni, a maint bach, ac mae ganddynt ragolygon cymhwyso eang mewn cerbydau ynni newydd, ffotofoltäig, cludiant rheilffordd, data mawr, a meysydd eraill. Mae gan ddyfeisiau RF Gallium nitride fanteision amledd uchel, pŵer uchel, lled band eang, defnydd pŵer isel a maint bach, ac mae ganddynt ragolygon cymhwyso eang mewn cyfathrebiadau 5G, Rhyngrwyd Pethau, radar milwrol a meysydd eraill. Yn ogystal, mae dyfeisiau pŵer sy'n seiliedig ar gallium nitride wedi'u defnyddio'n helaeth yn y maes foltedd isel. Yn ogystal, yn ystod y blynyddoedd diwethaf, disgwylir i ddeunyddiau gallium ocsid sy'n dod i'r amlwg ffurfio cyfatebolrwydd technegol â thechnolegau SiC a GaN presennol, a bod â rhagolygon cymhwyso posibl yn y meysydd amledd isel a foltedd uchel.
O'i gymharu â'r deunyddiau lled-ddargludyddion ail genhedlaeth, mae gan ddeunyddiau lled-ddargludyddion y drydedd genhedlaeth lled bandgap ehangach (mae lled bandgap Si, sef deunydd nodweddiadol o ddeunydd lled-ddargludyddion cenhedlaeth gyntaf, tua 1.1eV, lled bandgap GaAs, sy'n nodweddiadol mae deunydd y deunydd lled-ddargludyddion ail genhedlaeth, tua 1.42eV, ac mae lled bandgap GaN, sef deunydd nodweddiadol o'r deunydd lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth, yn uwch na 2.3eV), ymwrthedd ymbelydredd cryfach, ymwrthedd cryfach i chwalu maes trydan, a gwrthiant tymheredd uwch. Mae'r deunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth gyda lled bandgap ehangach yn arbennig o addas ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau electronig sy'n gwrthsefyll ymbelydredd, amledd uchel, pŵer uchel a dwysedd integreiddio uchel. Mae eu cymwysiadau mewn dyfeisiau amledd radio microdon, LEDs, laserau, dyfeisiau pŵer a meysydd eraill wedi denu llawer o sylw, ac maent wedi dangos rhagolygon datblygu eang mewn cyfathrebu symudol, gridiau smart, cludo rheilffyrdd, cerbydau ynni newydd, electroneg defnyddwyr, ac uwchfioled a glas -dyfeisiau golau gwyrdd [1].
Ffynhonnell delwedd: CASA, Sefydliad Ymchwil Gwarantau Zheshang
Ffigur 1 Graddfa amser a rhagolwg dyfais pŵer GaN
II GaN strwythur deunydd a nodweddion
Mae GaN yn lled-ddargludydd bandgap uniongyrchol. Mae lled bandgap y strwythur wurtzite ar dymheredd ystafell tua 3.26eV. Mae gan ddeunyddiau GaN dri phrif strwythur grisial, sef strwythur wurtzite, strwythur sffalerit a strwythur halen craig. Yn eu plith, y strwythur wurtzite yw'r strwythur grisial mwyaf sefydlog. Mae Ffigur 2 yn ddiagram o strwythur wurtzite hecsagonol GaN. Mae strwythur wurtzite deunydd GaN yn perthyn i strwythur hecsagonol llawn clos. Mae gan bob cell uned 12 atom, gan gynnwys 6 atom N a 6 atom Ga. Mae pob atom Ga(N) yn ffurfio bond gyda’r 4 atom N (Ga) agosaf ac yn cael ei bentyrru yn nhrefn ABABAB … ar hyd y cyfeiriad [0001] [2].
Ffigur 2 Strwythur Wurtzite Diagram cell grisial GaN
III Swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer epitaxy GaN
Mae'n ymddangos mai epitacsi homogenaidd ar swbstradau GaN yw'r dewis gorau ar gyfer epitaxy GaN. Fodd bynnag, oherwydd egni bond mawr GaN, pan fydd y tymheredd yn cyrraedd y pwynt toddi o 2500 ℃, mae ei bwysau dadelfennu cyfatebol tua 4.5GPa. Pan fo'r pwysedd dadelfennu yn is na'r pwysau hwn, nid yw GaN yn toddi ond yn dadelfennu'n uniongyrchol. Mae hyn yn gwneud technolegau paratoi swbstrad aeddfed fel y dull Czochralski yn anaddas ar gyfer paratoi swbstradau crisial sengl GaN, gan wneud swbstradau GaN yn anodd eu masgynhyrchu ac yn gostus. Felly, mae'r swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin mewn twf epitaxial GaN yn bennaf yn Si, SiC, saffir, ac ati [3].
Siart 3 GaN a pharamedrau deunyddiau swbstrad a ddefnyddir yn gyffredin
GaN epitaxy ar saffir
Mae gan Sapphire briodweddau cemegol sefydlog, mae'n rhad, ac mae ganddo aeddfedrwydd uchel o ddiwydiant cynhyrchu ar raddfa fawr. Felly, mae wedi dod yn un o'r deunyddiau swbstrad cynharaf a mwyaf eang a ddefnyddir mewn peirianneg dyfeisiau lled-ddargludyddion. Fel un o'r swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer epitaxy GaN, y prif broblemau y mae angen eu datrys ar gyfer swbstradau saffir yw:
✔ Oherwydd y diffyg cydweddu dellt mawr rhwng saffir (Al2O3) a GaN (tua 15%), mae'r dwysedd diffyg ar y rhyngwyneb rhwng yr haen epitaxial a'r swbstrad yn uchel iawn. Er mwyn lleihau ei effeithiau andwyol, rhaid i'r swbstrad fod yn destun rhag-driniaeth gymhleth cyn i'r broses epitacsi ddechrau. Cyn tyfu epitaxy GaN ar swbstradau saffir, yn gyntaf rhaid glanhau wyneb y swbstrad yn llym i gael gwared ar halogion, difrod sgleinio gweddilliol, ac ati, ac i gynhyrchu grisiau a strwythurau arwyneb cam. Yna, caiff wyneb y swbstrad ei nitridio i newid priodweddau gwlychu'r haen epitaxial. Yn olaf, mae angen gosod haen glustogi AlN denau (10-100nm o drwch fel arfer) ar wyneb y swbstrad a'i anelio ar dymheredd isel i baratoi ar gyfer y twf epitaxial terfynol. Serch hynny, mae'r dwysedd dadleoli mewn ffilmiau epitaxial GaN a dyfir ar swbstradau saffir yn dal i fod yn uwch na dwysedd ffilmiau homoepitaxial (tua 1010cm-2, o'i gymharu â dwysedd dadleoliad sero yn y bôn mewn ffilmiau homoepitaxial silicon neu ffilmiau homoepitaxial gallium arsenide, neu rhwng 102 a 104cm- 2). Mae'r dwysedd diffyg uwch yn lleihau symudedd cludwyr, a thrwy hynny fyrhau oes cludwyr lleiafrifol a lleihau dargludedd thermol, a bydd pob un ohonynt yn lleihau perfformiad dyfais [4];
✔ Mae cyfernod ehangu thermol saffir yn fwy na GaN, felly bydd straen cywasgol biaxial yn cael ei gynhyrchu yn yr haen epitaxial yn ystod y broses o oeri o dymheredd y dyddodiad i dymheredd ystafell. Ar gyfer ffilmiau epitaxial mwy trwchus, gall y straen hwn achosi cracio'r ffilm neu hyd yn oed y swbstrad;
✔ O'i gymharu â swbstradau eraill, mae dargludedd thermol swbstradau saffir yn is (tua 0.25W * cm-1 * K-1 ar 100 ℃), ac mae'r perfformiad afradu gwres yn wael;
✔ Oherwydd ei ddargludedd gwael, nid yw swbstradau saffir yn ffafriol i'w hintegreiddio a'u cymhwyso â dyfeisiau lled-ddargludyddion eraill.
Er bod dwysedd diffyg haenau epitaxial GaN a dyfir ar swbstradau saffir yn uchel, nid yw'n ymddangos ei fod yn lleihau'n sylweddol berfformiad optoelectroneg LEDs glas-wyrdd sy'n seiliedig ar GaN, felly mae swbstradau saffir yn dal i fod yn swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer LEDs GaN.
Gyda datblygiad mwy o gymwysiadau newydd o ddyfeisiadau GaN fel laserau neu ddyfeisiau pŵer dwysedd uchel eraill, mae diffygion cynhenid swbstradau saffir wedi dod yn gyfyngiad cynyddol ar eu cymhwysiad. Yn ogystal, gyda datblygiad technoleg twf swbstrad SiC, lleihau costau ac aeddfedrwydd technoleg epitaxial GaN ar swbstradau Si, mae mwy o ymchwil ar dyfu haenau epitaxial GaN ar swbstradau saffir wedi dangos tuedd oeri yn raddol.
GaN epitaxy ar SiC
O'u cymharu â saffir, mae gan swbstradau SiC (crisialau 4H- a 6H) ddiffyg cyfatebiaeth delltog llai â haenau epitaxial GaN (3.1%, sy'n cyfateb i [0001] ffilmiau epitaxial gogwydd), dargludedd thermol uwch (tua 3.8W * cm-1 * K -1), ac ati Yn ogystal, mae dargludedd swbstradau SiC hefyd yn caniatáu i gysylltiadau trydanol gael eu gwneud ar gefn y swbstrad, sy'n helpu i symleiddio strwythur y ddyfais. Mae bodolaeth y manteision hyn wedi denu mwy a mwy o ymchwilwyr i weithio ar epitaxy GaN ar swbstradau carbid silicon.
Fodd bynnag, mae gweithio'n uniongyrchol ar swbstradau SiC i osgoi tyfu haenau epilo GaN hefyd yn wynebu cyfres o anfanteision, gan gynnwys y canlynol:
✔ Mae garwedd wyneb swbstradau SiC yn llawer uwch na'r un o swbstradau saffir (garwedd saffir 0.1nm RMS, garwder SiC 1nm RMS), mae gan swbstradau SiC galedwch uchel a pherfformiad prosesu gwael, ac mae'r garwedd hwn a'r difrod sgleinio gweddilliol hefyd yn un o'r ffynonellau diffygion mewn epihaenau GaN.
✔ Mae dwysedd dadleoli sgriw swbstradau SiC yn uchel (dwysedd dadleoli 103-104cm-2), gall dadleoliadau sgriwiau ymledu i'r epilayer GaN a lleihau perfformiad dyfeisiau;
✔ Mae'r trefniant atomig ar wyneb y swbstrad yn achosi ffurfio ffawtiau pentyrru (BSFs) yn yr epilayer GaN. Ar gyfer GaN epitaxial ar swbstradau SiC, mae nifer o orchmynion trefniant atomig posibl ar y swbstrad, gan arwain at drefn stacio atomig cychwynnol anghyson yr haen GaN epitaxial arno, sy'n dueddol o bentyrru diffygion. Mae namau pentyrru (SFs) yn cyflwyno meysydd trydan adeiledig ar hyd yr echelin c, gan arwain at broblemau megis dyfeisiau gwahanu cludwyr mewn awyren yn gollwng;
✔ Mae cyfernod ehangu thermol swbstrad SiC yn llai na chyfernod AlN a GaN, sy'n achosi crynhoad straen thermol rhwng yr haen epitaxial a'r swbstrad yn ystod y broses oeri. Rhagfynegodd Waltereit a Brand yn seiliedig ar eu canlyniadau ymchwil y gellir lleddfu neu ddatrys y broblem hon trwy dyfu haenau epitaxial GaN ar haenau cnewyllol AlN tenau, cydlynol dan straen;
✔ Problem gwlybedd gwael atomau Ga. Wrth dyfu haenau epitaxial GaN yn uniongyrchol ar wyneb SiC, oherwydd y gwlybedd gwael rhwng y ddau atom, mae GaN yn dueddol o dyfu ynys 3D ar wyneb y swbstrad. Cyflwyno haen byffer yw'r ateb a ddefnyddir amlaf i wella ansawdd deunyddiau epitaxial yn epitaxy GaN. Gall cyflwyno haen byffer AlN neu AlxGa1-xN wella gwlybedd wyneb SiC yn effeithiol a gwneud i haen epitaxial GaN dyfu mewn dau ddimensiwn. Yn ogystal, gall hefyd reoleiddio straen ac atal diffygion swbstrad rhag ymestyn i epitaxy GaN;
✔ Mae technoleg paratoi swbstradau SiC yn anaeddfed, mae cost y swbstrad yn uchel, ac nid oes llawer o gyflenwyr ac ychydig o gyflenwad.
Mae ymchwil Torres et al. yn dangos y gall ysgythru’r swbstrad SiC gyda H2 ar dymheredd uchel (1600°C) cyn epitacsi gynhyrchu strwythur cam mwy trefnus ar wyneb y swbstrad, a thrwy hynny gael ffilm epitaxial AlN o ansawdd uwch na phan mae’n uniongyrchol tyfu ar wyneb y swbstrad gwreiddiol. Mae ymchwil Xie a'i dîm hefyd yn dangos y gall pretreatment ysgythru y swbstrad carbid silicon wella'n sylweddol morffoleg wyneb ac ansawdd grisial yr haen epitaxial GaN. Smith et al. Canfuwyd bod dadleoliadau edafu sy'n tarddu o'r swbstrad / haen glustogi a rhyngwynebau haen glustogi / haen epitaxial yn gysylltiedig â gwastadrwydd y swbstrad [5].
Ffigur 4 Morffoleg TEM o samplau haen epitaxial GaN a dyfwyd ar swbstrad 6H-SiC (0001) o dan amodau trin wyneb gwahanol (a) glanhau cemegol; ( b ) glanhau cemegol + triniaeth plasma hydrogen; (c) glanhau cemegol + triniaeth plasma hydrogen + 1300 ℃ triniaeth wres hydrogen am 30 munud
GaN epitaxy ar Si
O'i gymharu â carbid silicon, saffir a swbstradau eraill, mae'r broses o baratoi swbstrad silicon yn aeddfed, a gall ddarparu swbstradau maint mawr aeddfed yn sefydlog gyda pherfformiad cost uchel. Ar yr un pryd, mae'r dargludedd thermol a'r dargludedd trydanol yn dda, ac mae'r broses dyfais electronig Si yn aeddfed. Mae'r posibilrwydd o integreiddio dyfeisiau GaN optoelectroneg yn berffaith â dyfeisiau electronig Si yn y dyfodol hefyd yn gwneud twf epitaxy GaN ar silicon yn ddeniadol iawn.
Fodd bynnag, oherwydd y gwahaniaeth mawr mewn cysonion dellt rhwng deunydd swbstrad Si a GaN, mae epitacsi heterogenaidd o GaN ar swbstrad Si yn epitacsi diffyg cyfatebiaeth mawr nodweddiadol, ac mae angen iddo hefyd wynebu cyfres o broblemau:
✔ Problem ynni rhyngwyneb wyneb. Pan fydd GaN yn tyfu ar swbstrad Si, bydd wyneb y swbstrad Si yn cael ei nitridio yn gyntaf i ffurfio haen nitrid silicon amorffaidd nad yw'n ffafriol i gnewyllyn a thwf GaN dwysedd uchel. Yn ogystal, bydd yr arwyneb Si yn cysylltu â Ga yn gyntaf, a fydd yn cyrydu arwyneb y swbstrad Si. Ar dymheredd uchel, bydd dadelfeniad yr arwyneb Si yn ymledu i haen epitaxial GaN i ffurfio smotiau silicon du.
✔ Mae'r diffyg cyfatebiaeth gyson dellt rhwng GaN a Si yn fawr (~17%), a fydd yn arwain at ffurfio dadleoliadau edafu dwysedd uchel ac yn lleihau ansawdd yr haen epitaxial yn sylweddol;
✔ O'i gymharu â Si, mae gan GaN gyfernod ehangu thermol mwy (mae cyfernod ehangu thermol GaN tua 5.6 × 10-6K-1, mae cyfernod ehangu thermol Si tua 2.6 × 10-6K-1), a gellir cynhyrchu craciau yn y GaN. haen epitaxial yn ystod oeri'r tymheredd epitaxial i dymheredd ystafell;
✔ Mae Si yn adweithio â NH3 ar dymheredd uchel i ffurfio SiNx amlgrisialog. Ni all AlN ffurfio cnewyllyn wedi'i gyfeirio'n ffafriol ar SiNx polycrystalline, sy'n arwain at gyfeiriadedd anhrefnus o'r haen GaN a dyfir wedyn a nifer uchel o ddiffygion, gan arwain at ansawdd grisial gwael yr haen epitaxial GaN, a hyd yn oed anhawster i ffurfio un-grisialog Haen epitaxial GaN [6].
Er mwyn datrys y broblem o ddiffyg cydweddu dellt mawr, mae ymchwilwyr wedi ceisio cyflwyno deunyddiau megis AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, a SiC fel haenau clustogi ar swbstradau Si. Er mwyn osgoi ffurfio SiNx polycrystalline a lleihau ei effeithiau andwyol ar ansawdd grisial deunyddiau GaN / AlN / Si (111), fel arfer mae'n ofynnol cyflwyno TMAl am gyfnod penodol o amser cyn twf epitaxial yr haen glustogi AlN. i atal NH3 rhag adweithio gyda'r arwyneb Si agored i ffurfio SiNx. Yn ogystal, gellir defnyddio technolegau epitaxial megis technoleg swbstrad patrymog i wella ansawdd yr haen epitaxial. Mae datblygiad y technolegau hyn yn helpu i atal ffurfio SiNx yn y rhyngwyneb epitaxial, hyrwyddo twf dau-ddimensiwn yr haen epitaxial GaN, a gwella ansawdd twf yr haen epitaxial. Yn ogystal, cyflwynir haen glustogi AlN i wneud iawn am y straen tynnol a achosir gan y gwahaniaeth mewn cyfernodau ehangu thermol i osgoi craciau yn yr haen epitaxial GaN ar y swbstrad silicon. Mae ymchwil Krost yn dangos bod cydberthynas gadarnhaol rhwng trwch yr haen glustogi AlN a'r gostyngiad mewn straen. Pan fydd trwch yr haen byffer yn cyrraedd 12nm, gellir tyfu haen epitaxial sy'n fwy trwchus na 6μm ar swbstrad silicon trwy gynllun twf priodol heb gracio haen epitaxial.
Ar ôl ymdrechion hirdymor gan ymchwilwyr, mae ansawdd yr haenau epitaxial GaN a dyfir ar swbstradau silicon wedi'i wella'n sylweddol, ac mae dyfeisiau megis transistorau effaith maes, synwyryddion uwchfioled rhwystr Schottky, LEDs gwyrddlas a laserau uwchfioled wedi gwneud cynnydd sylweddol.
I grynhoi, gan fod y swbstradau epitaxial GaN a ddefnyddir yn gyffredin i gyd yn epitacsi heterogenaidd, maent i gyd yn wynebu problemau cyffredin megis diffyg cyfatebiaeth dellt a gwahaniaethau mawr mewn cyfernodau ehangu thermol i raddau amrywiol. Mae swbstradau GaN epitaxial homogenaidd wedi'u cyfyngu gan aeddfedrwydd technoleg, ac nid yw'r swbstradau wedi'u masgynhyrchu eto. Mae'r gost cynhyrchu yn uchel, mae maint y swbstrad yn fach, ac nid yw ansawdd y swbstrad yn ddelfrydol. Mae datblygu swbstradau epitaxial GaN newydd a gwella ansawdd epitaxial yn dal i fod yn un o'r ffactorau pwysig sy'n cyfyngu ar ddatblygiad pellach y diwydiant epitaxial GaN.
IV. Dulliau cyffredin ar gyfer epitaxy GaN
MOCVD (dyddodiad anwedd cemegol)
Mae'n ymddangos mai epitacsi homogenaidd ar swbstradau GaN yw'r dewis gorau ar gyfer epitaxy GaN. Fodd bynnag, gan mai trimethylgallium ac amonia yw rhagflaenwyr dyddodiad anwedd cemegol, a'r nwy cludo yw hydrogen, mae tymheredd twf nodweddiadol MOCVD tua 1000-1100 ℃, ac mae cyfradd twf MOCVD tua ychydig micron yr awr. Gall gynhyrchu rhyngwynebau serth ar y lefel atomig, sy'n addas iawn ar gyfer tyfu heterojunctions, ffynhonnau cwantwm, superlattices a strwythurau eraill. Defnyddir ei gyfradd twf cyflym, unffurfiaeth dda, ac addasrwydd ar gyfer twf ardal fawr ac aml-ddarn yn aml mewn cynhyrchu diwydiannol.
MBE (epitacsi pelydr moleciwlaidd)
Mewn epitaxy trawst moleciwlaidd, mae Ga yn defnyddio ffynhonnell elfennol, a cheir nitrogen gweithredol o nitrogen trwy plasma RF. O'i gymharu â'r dull MOCVD, mae tymheredd twf MBE tua 350-400 ℃ yn is. Gall y tymheredd twf is osgoi llygredd penodol a allai gael ei achosi gan amgylcheddau tymheredd uchel. Mae'r system MBE yn gweithredu o dan wactod tra-uchel, sy'n ei alluogi i integreiddio mwy o ddulliau canfod yn y fan a'r lle. Ar yr un pryd, ni ellir cymharu ei gyfradd twf a'i allu cynhyrchu â MOCVD, ac fe'i defnyddir yn fwy mewn ymchwil wyddonol [7].
Ffigur 5 (a) sgematig Eiko-MBE (b) sgematig siambr prif adwaith MBE
Dull HVPE (epitaxy cyfnod anwedd hydrid)
Rhagflaenwyr y dull epitaxy cyfnod anwedd hydrid yw GaCl3 a NH3. Mae Detchprohm et al. defnyddio'r dull hwn i dyfu haen epitaxial GaN cannoedd o ficronau o drwch ar wyneb swbstrad saffir. Yn eu harbrawf, tyfwyd haen o ZnO rhwng y swbstrad saffir a'r haen epitaxial fel haen glustogi, a chafodd yr haen epitaxial ei phlicio oddi ar wyneb y swbstrad. O'i gymharu â MOCVD a MBE, prif nodwedd y dull HVPE yw ei gyfradd twf uchel, sy'n addas ar gyfer cynhyrchu haenau trwchus a deunyddiau swmp. Fodd bynnag, pan fydd trwch yr haen epitaxial yn fwy na 20μm, mae'r haen epitaxial a gynhyrchir gan y dull hwn yn dueddol o graciau.
Cyflwynodd Akira USUI dechnoleg swbstrad patrymog yn seiliedig ar y dull hwn. Yn gyntaf, tyfodd haenen epitaxial GaN denau 1-1.5μm o drwch ar swbstrad saffir gan ddefnyddio'r dull MOCVD. Roedd yr haen epitaxial yn cynnwys haen glustogi GaN 20nm o drwch a dyfwyd o dan amodau tymheredd isel a haen GaN a dyfwyd o dan amodau tymheredd uchel. Yna, ar 430 ℃, cafodd haen o SiO2 ei blatio ar wyneb yr haen epitaxial, a gwnaed streipiau ffenestr ar y ffilm SiO2 trwy ffotolithograffeg. Roedd y bwlch rhwng y streipen yn 7μm ac roedd lled y mwgwd yn amrywio o 1μm i 4μm. Ar ôl y gwelliant hwn, cawsant haen epitaxial GaN ar swbstrad saffir diamedr 2-modfedd a oedd yn rhydd o hollt ac mor llyfn â drych hyd yn oed pan gynyddodd y trwch i ddegau neu hyd yn oed gannoedd o ficronau. Gostyngwyd y dwysedd diffyg o 109-1010cm-2 o'r dull HVPE traddodiadol i tua 6 × 107cm-2. Fe wnaethant hefyd nodi yn yr arbrawf, pan fyddai'r gyfradd twf yn uwch na 75μm/h, y byddai arwyneb y sampl yn mynd yn arw[8].
Ffigur 6 Sgematig Swbstrad Graffigol
V. Crynodeb a Rhagolwg
Dechreuodd deunyddiau GaN ddod i'r amlwg yn 2014 pan enillodd y golau glas LED Wobr Nobel mewn Ffiseg y flwyddyn honno, a mynd i faes cymwysiadau codi tâl cyflym y cyhoedd ym maes electroneg defnyddwyr. Mewn gwirionedd, mae cymwysiadau yn y mwyhaduron pŵer a dyfeisiau RF a ddefnyddir mewn gorsafoedd sylfaen 5G na all y rhan fwyaf o bobl eu gweld hefyd wedi dod i'r amlwg yn dawel. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, disgwylir i ddatblygiad dyfeisiau pŵer gradd modurol seiliedig ar GaN agor pwyntiau twf newydd ar gyfer marchnad cymwysiadau deunydd GaN.
Bydd galw enfawr y farchnad yn sicr o hyrwyddo datblygiad diwydiannau a thechnolegau sy'n gysylltiedig â GaN. Gydag aeddfedrwydd a gwelliant y gadwyn ddiwydiannol sy'n gysylltiedig â GaN, bydd y problemau a wynebir gan dechnoleg epitaxial gyfredol GaN yn cael eu gwella neu eu goresgyn yn y pen draw. Yn y dyfodol, bydd pobl yn sicr o ddatblygu mwy o dechnolegau epitaxial newydd a mwy o opsiynau swbstrad rhagorol. Erbyn hynny, bydd pobl yn gallu dewis y dechnoleg ymchwil allanol a'r swbstrad mwyaf addas ar gyfer gwahanol senarios cymhwyso yn unol â nodweddion y senarios cais, a chynhyrchu'r cynhyrchion mwyaf cystadleuol wedi'u haddasu.
Amser postio: Mehefin-28-2024