1. Semiconductors treas ginealach
Chaidh an teicneòlas semiconductor ciad-ghinealach a leasachadh stèidhichte air stuthan semiconductor leithid Si agus Ge. Tha e na bhunait stuthan airson leasachadh transistors agus teicneòlas cuairteachaidh amalaichte. Chuir na stuthan semiconductor den chiad ghinealach bunait airson gnìomhachas dealanach san 20mh linn agus is iad na stuthan bunaiteach airson teicneòlas cuairteachaidh amalaichte.
Tha na stuthan semiconductor dàrna ginealach sa mhòr-chuid a’ toirt a-steach gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, arsenide alùmanum agus na todhar ternary aca. Tha na stuthan semiconductor dàrna ginealach mar bhunait don ghnìomhachas fiosrachaidh optoelectronic. Air an stèidh seo, chaidh gnìomhachasan co-cheangailte leithid solais, taisbeanadh, laser, agus photovoltaics a leasachadh. Tha iad air an cleachdadh gu farsaing ann an teicneòlas fiosrachaidh co-aimsireil agus gnìomhachasan taisbeanaidh optoelectronic.
Tha stuthan riochdachail de stuthan semiconductor an treas ginealach a’ toirt a-steach gallium nitride agus silicon carbide. Mar thoradh air a’ bheàrn còmhlan fharsaing aca, astar gluasad sùghaidh dealanach àrd, seoltachd teirmeach àrd, agus neart raon briseadh sìos àrd, tha iad nan stuthan air leth freagarrach airson innealan dealanach dùmhlachd àrd-chumhachd, tricead àrd agus call ìosal ullachadh. Nam measg, tha na buannachdan aig innealan cumhachd silicon carbide le dùmhlachd lùth àrd, caitheamh lùth ìosal, agus meud beag, agus tha dùilean tagraidh farsaing aca ann an carbadan lùtha ùra, photovoltaics, còmhdhail rèile, dàta mòr, agus raointean eile. Tha na buannachdan aig innealan Gallium nitride RF le tricead àrd, cumhachd àrd, leud-bann farsaing, caitheamh cumhachd ìosal agus meud beag, agus tha dùilean tagraidh farsaing aca ann an conaltradh 5G, Eadar-lìn Rudan, radar armachd agus raointean eile. A bharrachd air an sin, chaidh innealan cumhachd stèidhichte air gallium nitride a chleachdadh gu farsaing anns an raon bholtachd ìosal. A bharrachd air an sin, anns na beagan bhliadhnaichean a dh’ fhalbh, thathas an dùil gun cruthaich stuthan gallium oxide a tha a’ tighinn am bàrr taic theicnigeach ri teicneòlasan SiC agus GaN a th’ ann mar-thà, agus gum bi cothroman tagraidh aca anns na raointean tricead ìosal agus àrd-bholtaid.
An coimeas ri stuthan semiconductor an dàrna ginealach, tha leud bann-leathann nas fharsainge aig stuthan semiconductor an treas ginealach (tha leud bann-leathann Si, stuth àbhaisteach den stuth semiconductor ciad-ghinealach, timcheall air 1.1eV, leud bann-leathann GaAs, rud àbhaisteach. Tha stuth den stuth semiconductor dàrna ginealach, timcheall air 1.42eV, agus leud bann GaN, stuth àbhaisteach den stuth semiconductor treas ginealach, os cionn 2.3eV), neart rèididheachd nas làidire, strì nas làidire an aghaidh briseadh raon dealain, agus strì an aghaidh teòthachd nas àirde. Tha na stuthan semiconductor treas ginealach le leud bann-leathann nas fharsainge gu sònraichte freagarrach airson a bhith a’ dèanamh innealan dealanach a tha an aghaidh rèididheachd, àrd-tricead, àrd-chumhachd agus àrd-aonachadh-dùmhlachd. Tha na tagraidhean aca ann an innealan tricead rèidio microwave, LEDs, lasers, innealan cumhachd agus raointean eile air mòran aire a tharraing, agus tha iad air cothroman leasachaidh farsaing a nochdadh ann an conaltradh gluasadach, cliathan snasail, còmhdhail rèile, carbadan lùtha ùra, electronics luchd-cleachdaidh, agus ultraviolet agus gorm -innealan solais uaine [1].
Stòr ìomhaigh: CASA, Institiud Rannsachaidh Securities Zheshang
Figear 1 Sgèile ùine inneal cumhachd GaN agus ro-aithris
II Structar stuthan GaN agus feartan
Tha GaN na semiconductor bandgap dìreach. Tha leud bandgap structar wurtzite aig teòthachd an t-seòmair timcheall air 3.26eV. Tha trì prìomh structaran criostail aig stuthan GaN, is e sin structar wurtzite, structar sphalerite agus structar salann creige. Nam measg, is e structar wurtzite an structar criostal as seasmhaiche. Tha Figear 2 na dhealbh de structar wurtzite sia-thaobhach GaN. Buinidh structar wurtzite stuth GaN do structar dlùth sia-thaobhach. Tha 12 dadaman anns gach cealla aonad, a’ toirt a-steach 6 N dadaman agus 6 dadaman Ga. Bidh gach atom Ga (N) a’ cruthachadh ceangal leis na 4 dadaman N (Ga) as fhaisge agus tha e air a chruachadh ann an òrdugh ABABAB… air an taobh [0001] [2].
Figear 2 Structar Wurtzite Diagram cealla criostail GaN
III Fo-stratan air an cleachdadh gu cumanta airson epitaxy GaN
Tha e coltach gur e epitaxy aon-ghnèitheach air substrates GaN an roghainn as fheàrr airson epitaxy GaN. Ach, mar thoradh air an lùth ceangail mòr aig GaN, nuair a ruigeas an teòthachd an ìre leaghaidh de 2500 ℃, tha an cuideam lobhadh co-fhreagarrach aige timcheall air 4.5GPa. Nuair a tha an cuideam lobhadh nas ìsle na an cuideam seo, cha bhith GaN a’ leaghadh ach a’ lobhadh gu dìreach. Tha seo a’ fàgail teicneòlasan ullachaidh substrate aibidh leithid an dòigh Czochralski mì-fhreagarrach airson a bhith ag ullachadh fo-stratan criostail singilte GaN, a’ dèanamh fo-stratan GaN duilich a thoirt gu buil agus cosgail. Mar sin, is e na fo-stratan a thathas a’ cleachdadh gu cumanta ann am fàs epitaxial GaN sa mhòr-chuid Si, SiC, sapphire, msaa [3].
Cairt 3 GaN agus crìochan stuthan substrate a thathas a’ cleachdadh gu cumanta
GaN epitaxy air sapphire
Tha feartan ceimigeach seasmhach aig Sapphire, tha e saor, agus tha ìre àrd de ghnìomhachas cinneasachaidh mòr aige. Mar sin, tha e air fàs mar aon de na stuthan substrate as tràithe agus as fharsainge a thathas a’ cleachdadh ann an innleadaireachd inneal semiconductor. Mar aon de na fo-stratan a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson GaN epitaxy, is iad na prìomh dhuilgheadasan a dh’ fheumar fhuasgladh airson substrates sapphire:
✔ Mar thoradh air an eadar-dhealachadh mòr uachdaran eadar sapphire (Al2O3) agus GaN (timcheall air 15%), tha an dùmhlachd easbhaidh aig an eadar-aghaidh eadar an còmhdach epitaxial agus an substrate gu math àrd. Gus an droch bhuaidh aige a lughdachadh, feumaidh an t-substrate a bhith fo ùmhlachd ro-làimhseachadh iom-fhillte mus tòisich am pròiseas epitaxy. Mus fàs GaN epitaxy air substrates sapphire, feumaidh uachdar an t-substrate a bhith air a ghlanadh gu teann an-toiseach gus truaillearan a thoirt air falbh, milleadh snasadh air fhàgail, msaa, agus gus ceumannan agus structaran uachdar ceum a thoirt gu buil. An uairsin, tha uachdar an t-substrate air a nitrided gus feartan fliuchadh an t-sreath epitaxial atharrachadh. Mu dheireadh, feumar còmhdach bufair tana AlN (mar as trice 10-100nm de thighead) a thasgadh air uachdar an t-substrate agus a chuir an sàs aig teòthachd ìosal gus ullachadh airson an fhàs epitaxial mu dheireadh. A dh’ aindeoin sin, tha an dùmhlachd gluasaid ann am filmichean epitaxial GaN a chaidh fhàs air fo-stratan sapphire fhathast nas àirde na an ìre ann am filmichean homoepitaxial (timcheall air 1010cm-2, an coimeas ri dùmhlachd gluasad neoni gu ìre mhòr ann am filmichean homoepitaxial silicon no filmichean homoepitaxial gallium arsenide, no eadar 102 agus 104cm- 2). Tha an dùmhlachd uireasbhaidh nas àirde a’ lughdachadh gluasad luchd-giùlain, agus mar sin a’ giorrachadh beatha luchd-giùlain beag-chuid agus a’ lughdachadh giùlan teirmeach, a lughdaicheas coileanadh inneal [4];
✔ Tha an co-èifeachd leudachaidh teirmeach de sapphire nas motha na GaN, agus mar sin thèid cuideam teannachaidh biaxial a chruthachadh anns an t-sreath epitaxial rè pròiseas fuarachadh bho teòthachd an tasgaidh gu teòthachd an t-seòmair. Airson filmichean epitaxial nas tiugh, faodaidh an cuideam seo a bhith ag adhbhrachadh sgàineadh air an fhilm no eadhon an t-substrate;
✔ An coimeas ri fo-stratan eile, tha giùlan teirmeach fo-stratan sapphire nas ìsle (timcheall air 0.25W * cm-1 * K-1 aig 100 ℃), agus tha coileanadh sgaoilidh teas truagh;
✔ Air sgàth cho dona ‘s a tha e, chan eil fo-stratan sapphire a’ freagairt air an aonachadh agus an cleachdadh le innealan semiconductor eile.
Ged a tha an dùmhlachd easbhaidh de shreathan epitaxial GaN air fàs air substrates sapphire àrd, chan eil e coltach gu bheil e a’ lughdachadh coileanadh optoelectronic de LEDan gorm-uaine stèidhichte air GaN, agus mar sin tha substrates sapphire fhathast nan substrates air an cleachdadh gu cumanta airson LEDan stèidhichte air GaN.
Le leasachadh barrachd thagraidhean ùra de dh’ innealan GaN leithid lasers no innealan cumhachd àrd-dùmhlachd eile, tha na h-uireasbhaidhean gnèitheach ann an substrates sapphire air a bhith a ’sìor fhàs mar chuingealachadh air an cleachdadh. A bharrachd air an sin, le leasachadh teicneòlas fàs substrate SiC, lughdachadh cosgais agus inbheachd teicneòlas epitaxial GaN air substrates Si, tha barrachd rannsachaidh air fàs sreathan epitaxial GaN air substrates sapphire air gluasad fuarachaidh a nochdadh mean air mhean.
GaN epitaxy air SiC
An coimeas ri sapphire, tha mì-chothromachadh nas lugha aig substrates SiC (4H- agus 6H-criostalan) le sreathan epitaxial GaN (3.1%, co-ionann ri [0001] filmichean epitaxial stèidhichte), giùlan teirmeach nas àirde (timcheall air 3.8W * cm-1 * K -1), msaa A bharrachd air an sin, tha giùlan substrates SiC cuideachd a’ leigeil le fiosan dealain a bhith air an dèanamh air cùl an t-substrate, a tha a 'cuideachadh gus structar an inneal a dhèanamh nas sìmplidhe. Tha na buannachdan sin air barrachd is barrachd luchd-rannsachaidh a tharraing gu bhith ag obair air GaN epitaxy air substrates silicon carbide.
Ach, tha grunn eas-bhuannachdan ann a bhith ag obair gu dìreach air substrates SiC gus nach bi epilayers GaN a’ fàs, a’ gabhail a-steach na leanas:
✔ Tha garbh uachdar substrates SiC mòran nas àirde na tha fo-stratan sapphire (garbhachd sapphire 0.1nm RMS, garbhachd SiC 1nm RMS), tha cruas àrd agus droch choileanadh giollachd aig substrathan SiC, agus tha an garbh agus am milleadh snasadh fuigheall cuideachd mar aon de na stòran lochdan ann an epilayers GaN.
✔ Tha dùmhlachd gluasaid sgriubha substrates SiC àrd (dùmhlachd gluasaid 103-104cm-2), faodaidh dislocations sgriubha gluasad gu epilayer GaN agus coileanadh inneal a lughdachadh;
✔ Tha an rèiteachadh atamach air uachdar an t-substrate ag adhbhrachadh cruthachadh sgàinidhean cruachan (BSFn) anns an epilayer GaN. Airson GaN epitaxial air substrates SiC, tha grunn òrdughan rèiteachaidh atamach comasach air an t-substrate, a’ leantainn gu òrdugh cruachadh atamach tùsail neo-chunbhalach den ìre GaN epitaxial air, a tha dualtach sgàinidhean a chruachadh. Bidh sgàinidhean cruachadh (SFn) a’ toirt a-steach raointean dealain togte air an c-axis, a’ leantainn gu duilgheadasan leithid aodion innealan dealachaidh luchd-giùlain a-staigh;
✔ Tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach substrate SiC nas lugha na an AlN agus GaN, a dh’ adhbhraicheas cruinneachadh cuideam teirmeach eadar an còmhdach epitaxial agus an t-substrate tron phròiseas fuarachaidh. Bha Waltereit agus Brand a’ ro-innse stèidhichte air toraidhean an rannsachaidh aca gum faodar an duilgheadas seo a lasachadh no fhuasgladh le bhith a’ fàs sreathan epitaxial GaN air sreathan niuclachadh AlN tana, le cuideam ciallach;
✔ An duilgheadas a thaobh droch fhliuchas na atoman Ga. Nuair a bhios tu a’ fàs sreathan epitaxial GaN gu dìreach air uachdar SiC, mar thoradh air an droch fhliuchas eadar an dà atom, tha GaN buailteach do fhàs eileanach 3D air uachdar an t-substrate. Is e toirt a-steach còmhdach bufair am fuasgladh as cumanta airson càileachd stuthan epitaxial ann an GaN epitaxy a leasachadh. Le bhith a’ toirt a-steach còmhdach bufair AlN no AlxGa1-xN faodaidh sin leasachadh èifeachdach a dhèanamh air taiseachd uachdar SiC agus toirt air còmhdach epitaxial GaN fàs ann an dà mheud. A bharrachd air an sin, faodaidh e cuideachd cuideam a riaghladh agus casg a chuir air uireasbhaidhean substrate bho bhith a’ leudachadh gu GaN epitaxy;
✔ Tha teicneòlas ullachaidh substrates SiC neo-aibidh, tha cosgais an t-substrate àrd, agus chan eil mòran sholaraichean ann agus glè bheag de sholarachadh.
Tha rannsachadh Torres et al. a’ sealltainn gum faod a bhith a’ seargadh an t-substrate SiC le H2 aig teòthachd àrd (1600 ° C) ro epitaxy structar ceum nas òrdaichte air uachdar an t-substrate, agus mar sin a’ faighinn film epitaxial AlN de chàileachd nas àirde na nuair a tha e dìreach air fhàs air uachdar an t-substrate tùsail. Tha rannsachadh Xie agus an sgioba aige cuideachd a’ sealltainn gum faod pretreatment pretreatment den substrate silicon carbide leasachadh mòr a thoirt air morf-eòlas uachdar agus càileachd criostail an t-sreath epitaxial GaN. Smith et al. lorg gu bheil eadar-ghluasadan snàithlean a thàinig bhon t-substrate / còmhdach bufair agus còmhdach bufair / còmhdach epitaxial co-cheangailte ri rèidh an t-substrate [5].
Figear 4 Morf-eòlas TEM de shamhlaichean còmhdach epitaxial GaN air fhàs air substrate 6H-SiC (0001) fo dhiofar shuidheachaidhean làimhseachaidh uachdar (a) glanadh ceimigeach; (b) glanadh ceimigeach + làimhseachadh haidridean plasma; (c) glanadh ceimigeach + làimhseachadh plasma hydrogen + 1300 ℃ làimhseachadh teas hydrogen airson 30 mionaid
GaN epitaxy air Si
An coimeas ri silicon carbide, sapphire agus substrates eile, tha am pròiseas ullachaidh substrate silicon aibidh, agus faodaidh e gu seasmhach substrathan meud mòr aibidh a thoirt seachad le coileanadh cosgais àrd. Aig an aon àm, tha an giùlan teirmeach agus an giùlan dealain math, agus tha pròiseas inneal dealanach Si aibidh. Tha an comas a bhith ag amalachadh innealan optoelectronic GaN gu foirfe le innealan dealanach Si san àm ri teachd cuideachd a’ dèanamh fàs GaN epitaxy air silicon gu math tarraingeach.
Ach, mar thoradh air an eadar-dhealachadh mòr ann an ìrean rèidh eadar stuth Si substrate agus GaN, tha epitaxy heterogeneous de GaN air substrate Si na epitaxy mì-chothromachaidh mòr àbhaisteach, agus feumaidh e cuideachd aghaidh a thoirt air sreath de dhuilgheadasan:
✔ Duilgheadas lùth eadar-aghaidh uachdar. Nuair a dh’fhàsas GaN air substrate Si, thèid uachdar an t-substrate Si a nitrided an-toiseach gus còmhdach amorphous silicon nitride a chruthachadh nach eil a’ toirt taic do dh’ fhàs agus fàs GaN àrd-dùmhlachd. A bharrachd air an sin, cuiridh uachdar Si fios gu Ga an-toiseach, a bhios a’ corrachadh uachdar an t-substrate Si. Aig teòthachd àrd, bidh lobhadh uachdar Si air a sgaoileadh a-steach don t-sreath epitaxial GaN gus spotan dubha silicon a chruthachadh.
✔ Tha an mì-chothromachadh cunbhalach leusair eadar GaN agus Si mòr (~ 17%), a lean gu cruthachadh sgaraidhean snàthainn àrd-dùmhlachd agus a lughdaicheas gu mòr càileachd an t-sreath epitaxial;
✔ An coimeas ri Si, tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach nas motha aig GaN (tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach GaN timcheall air 5.6 × 10-6K-1, tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach Si mu 2.6 × 10-6K-1), agus faodar sgàinidhean a chruthachadh anns an GaN còmhdach epitaxial nuair a bhios an teòthachd epitaxial a 'fuarachadh gu teòthachd an t-seòmair;
✔ Bidh Si ag ath-fhreagairt le NH3 aig teòthachd àrd gus SiNx polycrystalline a chruthachadh. Chan urrainn dha AlN niuclas a tha air a stiùireadh gu fàbharach a chruthachadh air polycrystalline SiNx, a tha a’ leantainn gu stiùireadh mì-rianail den t-sreath GaN a chaidh fhàs às deidh sin agus àireamh àrd de lochdan, a’ leantainn gu droch chàileachd criostail an ìre epitaxial GaN, agus eadhon duilgheadas ann a bhith a’ cruthachadh aon-criostail. còmhdach epitaxial GaN [6].
Gus fuasgladh fhaighinn air an duilgheadas a thaobh mì-chothromachadh mòr uachdaran, tha luchd-rannsachaidh air feuchainn ri stuthan leithid AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, agus SiC a thoirt a-steach mar shreathan bufair air substrates Si. Gus cruthachadh polycrystalline SiNx a sheachnadh agus an droch bhuaidh aige air càileachd criostal stuthan GaN / AlN / Si (111) a lughdachadh, mar as trice feumar TMAl a thoirt a-steach airson ùine sònraichte mus fàs epitaxial ann an còmhdach bufair AlN. gus casg a chuir air NH3 bho bhith a’ dèiligeadh ris an uachdar Si fosgailte gus SiNx a chruthachadh. A bharrachd air an sin, faodar teicneòlasan epitaxial leithid teicneòlas substrate le pàtran a chleachdadh gus càileachd an t-sreath epitaxial a leasachadh. Tha leasachadh nan teicneòlasan sin a’ cuideachadh le bhith a’ cur bacadh air cruthachadh SiNx aig an eadar-aghaidh epitaxial, a’ brosnachadh fàs dà-thaobhach den ìre epitaxial GaN, agus a’ leasachadh càileachd fàis an t-sreath epitaxial. A bharrachd air an sin, tha còmhdach bufair AlN air a thoirt a-steach gus dìoladh a dhèanamh airson an cuideam tensile a dh’ adhbhraich an eadar-dhealachadh ann an co-èifeachdan leudachaidh teirmeach gus sgàinidhean a sheachnadh ann an còmhdach epitaxial GaN air an t-substrate silicon. Tha rannsachadh Krost a’ sealltainn gu bheil co-dhàimh adhartach eadar tiugh an ìre bufair AlN agus an lùghdachadh ann an cuideam. Nuair a ruigeas tiugh còmhdach bufair 12nm, faodar còmhdach epitaxial nas tiugh na 6μm fhàs air substrate silicon tro sgeama fàis iomchaidh gun a bhith a’ sgàineadh còmhdach epitaxial.
Às deidh oidhirpean fad-ùine le luchd-rannsachaidh, tha càileachd sreathan epitaxial GaN air fàs air substrates sileacain air a leasachadh gu mòr, agus tha innealan leithid transistors buaidh achaidh, lorgairean ultraviolet bacaidh Schottky, LEDan gorm-uaine agus lasers ultraviolet air adhartas mòr a dhèanamh.
Ann an geàrr-chunntas, leis gu bheil na fo-stratan epitaxial GaN a thathas a’ cleachdadh gu cumanta uile nan epitaxy heterogeneous, tha duilgheadasan cumanta aca uile leithid mì-chothromachadh lattice agus eadar-dhealachaidhean mòra ann an co-èifeachdan leudachaidh teirmeach gu diofar ìrean. Tha substrates GaN epitaxial homogeneous air an cuingealachadh le inbheachd teicneòlais, agus cha deach na fo-stratan a thoirt gu buil fhathast. Tha cosgais toraidh àrd, tha meud an t-substrate beag, agus chan eil càileachd an t-substrate air leth freagarrach. Tha leasachadh fo-stratan epitaxial GaN ùra agus leasachadh càileachd epitaxial fhathast mar aon de na factaran cudromach a tha a’ cuingealachadh tuilleadh leasachaidh air gnìomhachas epitaxial GaN.
IV. Modhan cumanta airson epitaxy GaN
MOCVD (tasgadh bhalbhaichean ceimigeach)
Tha e coltach gur e epitaxy aon-ghnèitheach air substrates GaN an roghainn as fheàrr airson epitaxy GaN. Ach, leis gur e trimethylgallium agus ammonia an ro-ruithear tasgadh bhalbhaichean ceimigeach, agus is e hydrogen an gas giùlain, tha an teòthachd fàis àbhaisteach MOCVD timcheall air 1000-1100 ℃, agus tha ìre fàis MOCVD timcheall air beagan mhicronan san uair. Faodaidh e eadar-aghaidh cas a thoirt gu buil aig an ìre atamach, a tha gu math freagarrach airson heterojunctions fhàs, tobraichean quantum, superlattices agus structaran eile. Bidh an ìre fàis luath aige, deagh èideadh, agus freagarrachd airson fàs sgìreil agus ioma-phìos gu tric air an cleachdadh ann an cinneasachadh gnìomhachais.
MBE (epitaxy beam moileciuil)
Ann an epitaxy beam moileciuil, bidh Ga a’ cleachdadh stòr eileamaideach, agus gheibhear nitrigin gnìomhach bho nitrigin tro phlasma RF. An coimeas ris an dòigh MOCVD, tha teòthachd fàis MBE mu 350-400 ℃ nas ìsle. Faodaidh an teòthachd fàis as ìsle truailleadh sònraichte a sheachnadh a dh’ fhaodadh a bhith air adhbhrachadh le àrainneachdan teòthachd àrd. Tha an siostam MBE ag obair fo fholamh ultra-àrd, a leigeas leis barrachd dhòighean lorgaidh in-situ fhilleadh a-steach. Aig an aon àm, chan urrainnear an ìre fàis agus an comas toraidh aige a choimeas ri MOCVD, agus tha e air a chleachdadh nas motha ann an rannsachadh saidheansail [7].
Figear 5 (a) Sgeama Eiko-MBE (b) Sgeama seòmar prìomh fhreagairt MBE
Modh HVPE (epitaxy ìre bhalbhaichean hydride)
Is e GaCl3 agus NH3 an ro-ruithear air an dòigh epitaxy ìre bhalbhaichean hydride. Detchprohm et al. chleachd sinn an dòigh seo gus còmhdach epitaxial GaN fhàs ceudan de mhicronan tiugh air uachdar substrate sapphire. Anns an deuchainn aca, chaidh còmhdach de ZnO fhàs eadar an substrate sapphire agus an còmhdach epitaxial mar shreath bufair, agus chaidh an còmhdach epitaxial a thoirt air falbh bho uachdar an t-substrate. An coimeas ri MOCVD agus MBE, is e prìomh fheart an dòigh HVPE an ìre fàis àrd aige, a tha freagarrach airson sreathan tiugh agus mòr-stuthan a dhèanamh. Ach, nuair a tha tiugh an t-sreath epitaxial nas àirde na 20μm, tha an còmhdach epitaxial a thèid a thoirt a-mach leis an dòigh seo buailteach do sgàinidhean.
Thug Akira USUI a-steach teicneòlas substrate le pàtran stèidhichte air an dòigh seo. Dh’ fhàs iad an toiseach còmhdach tana 1-1.5μm de thighead GaN epitaxial air substrate sapphire a’ cleachdadh modh MOCVD. Anns an t-sreath epitaxial bha còmhdach bufair GaN 20nm de thighead air fhàs fo chumhachan teòthachd ìosal agus còmhdach GaN air fhàs fo chumhachan teòthachd àrd. An uairsin, aig 430 ℃, chaidh còmhdach de SiO2 a chuir air uachdar an t-sreath epitaxial, agus chaidh stiallan uinneig a dhèanamh air film SiO2 le photolithography. B’ e 7μm an astar stripe agus bha leud na masg eadar 1μm agus 4μm. Às deidh an leasachadh seo, fhuair iad còmhdach epitaxial GaN air substrate sapphire le trast-thomhas de 2 òirleach a bha gun sgàineadh agus cho rèidh ri sgàthan eadhon nuair a chaidh an tighead suas gu deichean no eadhon ceudan de mhicronan. Chaidh an dùmhlachd easbhaidh a lughdachadh bho 109-1010cm-2 den dòigh traidiseanta HVPE gu timcheall air 6 × 107cm-2. Chomharraich iad cuideachd anns an deuchainn, nuair a bhiodh an ìre fàis nas àirde na 75μm / h, gum fàsadh uachdar an t-sampall garbh [8].
Figear 6 Sgeama Substrate Grafaigeach
V. Geàrr-chunntas agus Ro-shealladh
Thòisich stuthan GaN a’ nochdadh ann an 2014 nuair a choisinn an solas gorm LED Duais Nobel ann am Fiosaigs a’ bhliadhna sin, agus chaidh e a-steach do raon a’ phobaill de thagraidhean cosgais luath ann an raon electronics luchd-cleachdaidh. Gu dearbh, tha tagraidhean anns na h-innealan leudachaidh cumhachd agus innealan RF a thathas a ’cleachdadh ann an stèiseanan bunaiteach 5G nach fhaic a’ mhòr-chuid de dhaoine cuideachd air nochdadh gu sàmhach. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, thathas an dùil gum fosgail adhartas innealan cumhachd ìre fèin-ghluasadach stèidhichte air GaN puingean fàis ùra airson margaidh tagradh stuthan GaN.
Bidh iarrtas mòr sa mhargaidh gu cinnteach a’ brosnachadh leasachadh ghnìomhachasan agus theicneòlasan co-cheangailte ri GaN. Le aibidh agus leasachadh na sèine gnìomhachais co-cheangailte ri GaN, thèid na duilgheadasan a tha mu choinneimh teicneòlas epitaxial GaN gnàthach a leasachadh no faighinn seachad air. Anns an àm ri teachd, bidh daoine gu cinnteach a’ leasachadh barrachd theicneòlasan epitaxial ùra agus barrachd roghainnean substrate sàr-mhath. Ron àm sin, bidh e comasach dha daoine an teicneòlas sgrùdaidh taobh a-muigh agus an substrate as freagarraiche a thaghadh airson diofar shuidheachaidhean tagraidh a rèir feartan nan suidheachaidhean tagraidh, agus na toraidhean gnàthaichte as farpaiseach a thoirt gu buil.
Ùine puist: Jun-28-2024