1. Semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni
It-teknoloġija tas-semikondutturi tal-ewwel ġenerazzjoni ġiet żviluppata bbażata fuq materjali semikondutturi bħal Si u Ge. Hija l-bażi materjali għall-iżvilupp ta 'transisters u teknoloġija ta' ċirkwit integrat. Il-materjali semikondutturi tal-ewwel ġenerazzjoni stabbilixxew il-pedament għall-industrija elettronika fis-seklu 20 u huma l-materjali bażiċi għat-teknoloġija taċ-ċirkwit integrat.
Il-materjali semikondutturi tat-tieni ġenerazzjoni jinkludu prinċipalment gallju arsenide, fosfid tal-gallju, fosfid tal-gallju, arsenidu tal-indju, arsenur tal-aluminju u l-komposti ternarji tagħhom. Il-materjali semikondutturi tat-tieni ġenerazzjoni huma l-pedament tal-industrija tal-informazzjoni optoelettronika. Fuq din il-bażi, ġew żviluppati industriji relatati bħal dawl, wiri, lejżer u fotovoltajċi. Jintużaw ħafna fit-teknoloġija tal-informazzjoni kontemporanja u l-industriji tal-wiri optoelettroniċi.
Materjali rappreżentattivi tal-materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni jinkludu nitrur tal-gallju u karbur tas-silikon. Minħabba d-distakk tal-medda wiesgħa tagħhom, il-veloċità għolja tad-drift tas-saturazzjoni tal-elettroni, il-konduttività termali għolja u s-saħħa għolja tal-kamp tat-tqassim, huma materjali ideali għat-tħejjija ta 'densità ta' qawwa għolja, frekwenza għolja u apparati elettroniċi b'telf baxx. Fost dawn, apparati tal-enerġija tal-karbur tas-silikon għandhom il-vantaġġi ta 'densità għolja ta' enerġija, konsum baxx ta 'enerġija, u daqs żgħir, u għandhom prospetti wesgħin ta' applikazzjoni f'vetturi tal-enerġija ġodda, fotovoltajċi, trasport bil-ferrovija, big data, u oqsma oħra. L-apparati RF tan-nitrur tal-gallju għandhom il-vantaġġi ta 'frekwenza għolja, qawwa għolja, bandwidth wiesa', konsum baxx ta 'enerġija u daqs żgħir, u għandhom prospetti wesgħin ta' applikazzjoni fil-komunikazzjonijiet 5G, l-Internet tal-Oġġetti, radar militari u oqsma oħra. Barra minn hekk, apparati ta 'enerġija bbażati fuq nitrur tal-gallju ġew użati ħafna fil-qasam ta' vultaġġ baxx. Barra minn hekk, f'dawn l-aħħar snin, materjali emerġenti tal-ossidu tal-gallju huma mistennija li jiffurmaw komplementarjetà teknika mat-teknoloġiji eżistenti SiC u GaN, u għandhom prospetti potenzjali ta 'applikazzjoni fl-oqsma ta' frekwenza baxxa u ta 'vultaġġ għoli.
Meta mqabbla mal-materjali semikondutturi tat-tieni ġenerazzjoni, il-materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni għandhom wisa 'bandgap usa' (il-wisa 'bandgap ta' Si, materjal tipiku tal-materjal semikonduttur tal-ewwel ġenerazzjoni, huwa madwar 1.1eV, il-wisa 'bandgap ta' GaAs, tipiku materjal tal-materjal semikonduttur tat-tieni ġenerazzjoni, huwa madwar 1.42eV, u l-wisa 'tal-bandgap ta' GaN, materjal tipiku tal- materjal semikonduttur tat-tielet ġenerazzjoni, huwa 'l fuq minn 2.3eV), reżistenza għar-radjazzjoni aktar b'saħħitha, reżistenza aktar b'saħħitha għat-tqassim tal-kamp elettriku, u reżistenza għat-temperatura ogħla. Il-materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni b'wisa 'bandgap usa' huma partikolarment adattati għall-produzzjoni ta 'apparati elettroniċi reżistenti għar-radjazzjoni, ta' frekwenza għolja, ta 'qawwa għolja u ta' densità ta 'integrazzjoni għolja. L-applikazzjonijiet tagħhom f'apparati tal-frekwenza tar-radju microwave, LEDs, lejżers, apparati tal-enerġija u oqsma oħra ġibdu ħafna attenzjoni, u wrew prospetti wesgħin ta 'żvilupp fil-komunikazzjonijiet mobbli, grids intelliġenti, transitu ferrovjarju, vetturi tal-enerġija ġodda, elettronika għall-konsumatur, u ultravjola u blu -apparat tad-dawl aħdar [1].
Sors tal-immaġni: CASA, Istitut tar-Riċerka dwar it-Titoli ta 'Zheshang
Figura 1 Skala tal-ħin tal-apparat tal-enerġija GaN u tbassir
II Struttura tal-materjal GaN u karatteristiċi
GaN huwa semikonduttur bandgap dirett. Il-wisa 'tal-bandgap tal-istruttura wurtzite f'temperatura tal-kamra hija madwar 3.26eV. Il-materjali GaN għandhom tliet strutturi ewlenin tal-kristall, jiġifieri struttura wurtzite, struttura sphalerite u struttura tal-melħ tal-blat. Fost dawn, l-istruttura wurtzite hija l-istruttura tal-kristall l-aktar stabbli. Figura 2 hija dijagramma ta 'l-istruttura eżagonali wurtzite ta' GaN. L-istruttura wurtzite tal-materjal GaN tappartjeni għal struttura eżagonali ippakkjata mill-qrib. Kull ċellula unità għandha 12-il atomu, inklużi 6 atomi N u 6 atomi Ga. Kull atomu Ga (N) jifforma rabta mal-eqreb 4 atomi N (Ga) u huwa f'munzelli fl-ordni ta' ABABAB... tul id-direzzjoni [0001] [2].
Figura 2 Dijagramma taċ-ċelluli tal-kristall tal-istruttura tal-Wurtzite GaN
III Sostrati użati b'mod komuni għall-epitassija GaN
Jidher li l-epitassija omoġenja fuq sottostrati GaN hija l-aħjar għażla għall-epitassija GaN. Madankollu, minħabba l-enerġija ta 'bond kbir ta' GaN, meta t-temperatura tilħaq il-punt tat-tidwib ta '2500 ℃, il-pressjoni ta' dekompożizzjoni korrispondenti tagħha hija ta 'madwar 4.5GPa. Meta l-pressjoni tad-dekompożizzjoni tkun inqas minn din il-pressjoni, GaN ma jiddewwebx iżda jiddekomponi direttament. Dan jagħmel it-teknoloġiji tal-preparazzjoni tas-sottostrat maturi bħall-metodu Czochralski mhux adattat għall-preparazzjoni ta 'sottostrati ta' kristall wieħed GaN, li jagħmel is-sottostrati GaN diffiċli biex jipproduċu bil-massa u għaljin. Għalhekk, is-sottostrati komunement użati fit-tkabbir epitassjali GaN huma prinċipalment Si, SiC, żaffir, eċċ. [3].
Ċart 3 GaN u parametri ta 'materjali sottostrat użati komunement
GaN epitassija fuq żaffir
Żaffir għandu proprjetajiet kimiċi stabbli, huwa irħis, u għandu maturità għolja ta 'industrija tal-produzzjoni fuq skala kbira. Għalhekk, sar wieħed mill-materjali tas-sottostrat l-aktar kmieni u użati fl-inġinerija tat-tagħmir tas-semikondutturi. Bħala wieħed mis-sottostrati komunement użati għall-epitassija GaN, il-problemi ewlenin li jeħtieġ li jiġu solvuti għas-sottostrati taż-żaffir huma:
✔ Minħabba n-nuqqas ta 'qbil kbir tal-kannizzata bejn iż-żaffir (Al2O3) u GaN (madwar 15%), id-densità tad-difett fl-interface bejn is-saff epitassjali u s-sottostrat hija għolja ħafna. Sabiex jitnaqqsu l-effetti ħżiena tiegħu, is-sottostrat għandu jkun soġġett għal trattament minn qabel kumpless qabel ma jibda l-proċess tal-epitassija. Qabel ma tikber GaN epitaxy fuq substrati taż-żaffir, il-wiċċ tas-sottostrat għandu l-ewwel jitnaddaf b'mod strett biex jitneħħew il-kontaminanti, ħsara residwa tal-illustrar, eċċ., u biex tipproduċi passi u strutturi tal-wiċċ tal-pass. Imbagħad, il-wiċċ tas-sottostrat jiġi nitrurat biex jibdel il-proprjetajiet tat-tixrib tas-saff epitassjali. Fl-aħħarnett, saff buffer AlN irqiq (ġeneralment 10-100nm ħxuna) jeħtieġ li jiġi depożitat fuq il-wiċċ tas-sottostrat u ittemprat f'temperatura baxxa biex jipprepara għat-tkabbir epitassjali finali. Anke hekk, id-densità ta 'dislokazzjoni fil-films epitassjali GaN imkabbra fuq sottostrati taż-żaffir għadha ogħla minn dik ta' films omoepitaxjali (madwar 1010cm-2, meta mqabbla ma 'densità ta' dislokazzjoni essenzjalment żero f'films omoepitassjali tas-silikon jew films omoepitaxjali tal-arsenidu tal-gallju, jew bejn 1010cm-2, u 2). Id-densità ogħla tad-difetti tnaqqas il-mobilità tat-trasportatur, u b'hekk tqassar il-ħajja tat-trasportatur minoritarju u tnaqqas il-konduttività termali, li kollha se jnaqqas il-prestazzjoni tal-apparat [4];
✔ Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali taż-żaffir huwa akbar minn dak ta' GaN, għalhekk stress kompressiv biaxjali se jiġi ġġenerat fis-saff epitassjali matul il-proċess tat-tkessiħ mit-temperatura tad-depożizzjoni għat-temperatura tal-kamra. Għal films epitassjali eħxen, dan l-istress jista 'jikkawża qsim tal-film jew saħansitra tas-sottostrat;
✔ Meta mqabbel ma 'sottostrati oħra, il-konduttività termali tas-sottostrati taż-żaffir hija aktar baxxa (madwar 0.25W * cm-1 * K-1 f'100 ℃), u l-prestazzjoni tad-dissipazzjoni tas-sħana hija fqira;
✔ Minħabba l-konduttività fqira tagħha, is-sottostrati taż-żaffir ma jwasslux għall-integrazzjoni u l-applikazzjoni tagħhom ma 'apparat semikonduttur ieħor.
Għalkemm id-densità tad-difett tas-saffi epitassjali GaN imkabbra fuq sottostrati taż-żaffir hija għolja, ma tidhirx li tnaqqas b'mod sinifikanti l-prestazzjoni optoelettronika ta 'LEDs blu-aħdar bbażati fuq GaN, għalhekk sottostrati taż-żaffir għadhom sottostrati użati b'mod komuni għal LEDs ibbażati fuq GaN.
Bl-iżvilupp ta 'aktar applikazzjonijiet ġodda ta' apparat GaN bħal lejżers jew apparati oħra ta 'enerġija ta' densità għolja, id-difetti inerenti tas-sottostrati taż-żaffir saru dejjem aktar limitazzjoni fuq l-applikazzjoni tagħhom. Barra minn hekk, bl-iżvilupp tat-teknoloġija tat-tkabbir tas-sottostrat SiC, it-tnaqqis tal-ispiża u l-maturità tat-teknoloġija epitassjali GaN fuq sottostrati Si, aktar riċerka dwar saffi epitassjali GaN li qed jikbru fuq sottostrati taż-żaffir gradwalment wriet xejra ta 'tkessiħ.
GaN epitassija fuq SiC
Meta mqabbla maż-żaffir, sottostrati SiC (kristalli 4H- u 6H) għandhom nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata iżgħar ma' saffi epitassjali GaN (3.1%, ekwivalenti għal [0001] films epitassjali orjentati), konduttività termali ogħla (madwar 3.8W * cm-1 * K). -1), eċċ Barra minn hekk, il-konduttività tas-sottostrati tas-SiC tippermetti wkoll li jsiru kuntatti elettriċi fuq il- dahar tas-sottostrat, li jgħin biex tissimplifika l-istruttura tal-apparat. L-eżistenza ta 'dawn il-vantaġġi ġibdet aktar u aktar riċerkaturi biex jaħdmu fuq epitassi GaN fuq sottostrati tal-karbur tas-silikon.
Madankollu, il-ħidma direttament fuq sottostrati tas-SiC biex tevita t-tkabbir ta' epilayer GaN tiffaċċja wkoll serje ta' żvantaġġi, inklużi dawn li ġejjin:
✔ Il-ħruxija tal-wiċċ tas-sottostrati tas-SiC hija ħafna ogħla minn dik tas-sottostrati taż-żaffir (ħruxija taż-żaffir 0.1nm RMS, ħruxija tas-SiC 1nm RMS), sottostrati tas-SiC għandhom ebusija għolja u prestazzjoni fqira tal-ipproċessar, u din il-ħruxija u l-ħsara residwa tal-illustrar huma wkoll waħda mill- sorsi ta 'difetti fl-epilayers GaN.
✔ Id-densità ta 'dislokazzjoni tal-kamin tas-sottostrati tas-SiC hija għolja (densità ta' dislokazzjoni 103-104cm-2), id-dislokazzjonijiet tal-kamin jistgħu jinfirxu għall-epilayer GaN u jnaqqsu l-prestazzjoni tal-apparat;
✔ L-arranġament atomiku fuq il-wiċċ tas-sottostrat jinduċi l-formazzjoni ta 'stacking faults (BSFs) fil-GaN epilayer. Għal GaN epitassjali fuq sottostrati SiC, hemm ordnijiet multipli ta 'arranġament atomiku possibbli fuq is-sottostrat, li jirriżulta f'ordni ta' stivar atomiku inizjali inkonsistenti tas-saff ta 'GaN epitassjali fuqu, li huwa suxxettibbli għal difetti ta' stivar. Ħsarat ta 'stivar (SFs) jintroduċu kampi elettriċi integrati tul l-assi c, li jwasslu għal problemi bħal tnixxija ta' tagħmir ta 'separazzjoni ta' trasportatur fil-pjan;
✔ Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali tas-sottostrat SiC huwa iżgħar minn dak ta' AlN u GaN, li jikkawża akkumulazzjoni ta 'stress termali bejn is-saff epitassjali u s-sottostrat matul il-proċess tat-tkessiħ. Waltereit u Brand mbassra abbażi tar-riżultati tar-riċerka tagħhom li din il-problema tista 'tiġi mtaffija jew solvuta billi jikbru saffi epitassjali GaN fuq saffi ta' nukleazzjoni AlN irqaq u msaħħa b'mod koerenti;
✔ Il-problema tat-tixrib fqir tal-atomi Ga. Meta jikbru saffi epitassjali GaN direttament fuq il-wiċċ tas-SiC, minħabba t-tixrib fqir bejn iż-żewġ atomi, GaN huwa suxxettibbli għal tkabbir ta 'gżira 3D fuq il-wiċċ tas-sottostrat. L-introduzzjoni ta 'saff ta' buffer hija s-soluzzjoni l-aktar użata komunement biex tittejjeb il-kwalità tal-materjali epitassjali fl-epitassija GaN. L-introduzzjoni ta 'saff buffer AlN jew AlxGa1-xN tista' ttejjeb b'mod effettiv it-tixrib tal-wiċċ tas-SiC u tagħmel is-saff epitassjali GaN jikber f'żewġ dimensjonijiet. Barra minn hekk, jista 'wkoll jirregola l-istress u jipprevjeni d-difetti tas-sottostrat milli jestendu għal GaN epitaxy;
✔ It-teknoloġija tal-preparazzjoni tas-sottostrati tas-SiC hija immatura, l-ispiża tas-sottostrat hija għolja, u hemm ftit fornituri u ftit provvista.
Ir-riċerka ta 'Torres et al. turi li l-inċiżjoni tas-sottostrat tas-SiC b'H2 f'temperatura għolja (1600 ° C) qabel l-epitassi tista' tipproduċi struttura ta 'pass aktar ordnata fuq il-wiċċ tas-sottostrat, u b'hekk tikseb film epitassjali AlN ta' kwalità ogħla milli meta jkun direttament imkabbar fuq il-wiċċ tas-sottostrat oriġinali. Xie u r-riċerka tat-tim tiegħu turi wkoll li t-trattament minn qabel tal-inċiżjoni tas-sottostrat tal-karbur tas-silikon jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-morfoloġija tal-wiċċ u l-kwalità tal-kristall tas-saff epitassjali GaN. Smith et al. sab li d-dislokazzjonijiet tal-kamini li joriġinaw mis-saff tas-sottostrat/buffer u l-interfaces tas-saff tal-buffer/saff epitassjali huma relatati mal-flatness tas-sottostrat [5].
Figura 4 Morfoloġija TEM ta 'kampjuni ta' saff epitassjali GaN imkabbra fuq substrat 6H-SiC (0001) taħt kundizzjonijiet differenti ta 'trattament tal-wiċċ (a) tindif kimiku; (b) tindif kimiku + trattament tal-plażma tal-idroġenu; (c) tindif kimiku + trattament tal-plażma tal-idroġenu + trattament tas-sħana tal-idroġenu 1300℃ għal 30min
GaN epitassija fuq Si
Meta mqabbel ma 'karbur tas-silikon, żaffir u substrati oħra, il-proċess ta' preparazzjoni tas-sottostrat tas-silikon huwa matur, u jista 'jipprovdi b'mod stabbli sottostrati maturi ta' daqs kbir bi prestazzjoni ta 'spejjeż għolja. Fl-istess ħin, il-konduttività termali u l-konduttività elettrika huma tajbin, u l-proċess tal-apparat elettroniku Si huwa matur. Il-possibbiltà li tintegra perfettament apparat GaN optoelettroniku ma 'apparat elettroniku Si fil-futur tagħmel ukoll it-tkabbir tal-epitassija GaN fuq is-silikon attraenti ħafna.
Madankollu, minħabba d-differenza kbira fil-kostanti tal-kannizzata bejn is-sottostrat tas-Si u l-materjal GaN, l-epitassija eteroġenja ta 'GaN fuq is-sottostrat Si hija epitassija ta' nuqqas ta 'qbil kbir tipiku, u jeħtieġ ukoll li tiffaċċja serje ta' problemi:
✔ Problema tal-enerġija tal-interface tal-wiċċ. Meta GaN jikber fuq sottostrat Si, il-wiċċ tas-sottostrat Si l-ewwel jiġi nitrurat biex jifforma saff ta 'nitrur tas-silikon amorfu li ma jwassalx għan-nukleazzjoni u t-tkabbir ta' GaN ta 'densità għolja. Barra minn hekk, il-wiċċ tas-Si l-ewwel se jikkuntattja lil Ga, li jissaddad il-wiċċ tas-sottostrat tas-Si. F'temperaturi għoljin, id-dekompożizzjoni tal-wiċċ tas-Si se tinfirex fis-saff epitassjali GaN biex tifforma tikek iswed tas-silikon.
✔ Id-diskrepanza kostanti tal-kannizzata bejn GaN u Si hija kbira (~ 17%), li twassal għall-formazzjoni ta 'dislokazzjonijiet ta' kamini ta 'densità għolja u tnaqqas b'mod sinifikanti l-kwalità tas-saff epitassjali;
✔ Meta mqabbel ma 'Si, GaN għandu koeffiċjent ta' espansjoni termali akbar (il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali ta' GaN huwa ta 'madwar 5.6 × 10-6K-1, il-koeffiċjent ta' espansjoni termali ta 'Si huwa ta' madwar 2.6 × 10-6K-1), u jistgħu jiġu ġġenerati xquq fil-GaN saff epitassjali waqt it-tkessiħ tat-temperatura epitassjali għat-temperatura tal-kamra;
✔ Si jirreaġixxi ma 'NH3 f'temperaturi għoljin biex jiffurmaw SiNx polikristallin. AlN ma jistax jifforma nukleu orjentat preferenzjali fuq SiNx polikristallin, li jwassal għal orjentazzjoni diżordinata tas-saff GaN imkabbar sussegwentement u numru għoli ta 'difetti, li jirriżulta fi kwalità fqira tal-kristall tas-saff epitassjali GaN, u anke diffikultà biex tifforma kristallin wieħed. Saff epitassjali GaN [6].
Sabiex issolvi l-problema ta 'nuqqas ta' qbil kbir tal-kannizzata, ir-riċerkaturi ppruvaw jintroduċu materjali bħal AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, u SiC bħala saffi buffer fuq sottostrati Si. Sabiex tiġi evitata l-formazzjoni ta 'SiNx polikristallin u jitnaqqsu l-effetti avversi tiegħu fuq il-kwalità tal-kristall ta' materjali GaN/AlN/Si (111), TMAl normalment ikun meħtieġ li jiġi introdott għal ċertu perjodu ta 'żmien qabel it-tkabbir epitassjali tas-saff buffer AlN biex jipprevjeni li NH3 jirreaġixxi mal-wiċċ Si espost biex jifforma SiNx. Barra minn hekk, teknoloġiji epitassjali bħat-teknoloġija tas-sottostrat disinji jistgħu jintużaw biex itejbu l-kwalità tas-saff epitassjali. L-iżvilupp ta 'dawn it-teknoloġiji jgħin biex jinibixxi l-formazzjoni ta' SiNx fl-interface epitassjali, jippromwovi t-tkabbir bidimensjonali tas-saff epitassjali GaN, u jtejjeb il-kwalità tat-tkabbir tas-saff epitassjali. Barra minn hekk, jiġi introdott saff buffer AlN biex jikkumpensa għall-istress tat-tensjoni ikkawżat mid-differenza fil-koeffiċjenti ta 'espansjoni termali biex jiġu evitati xquq fis-saff epitassjali GaN fuq is-sottostrat tas-silikon. Ir-riċerka ta 'Krost turi li hemm korrelazzjoni pożittiva bejn il-ħxuna tas-saff tal-buffer AlN u t-tnaqqis fir-razza. Meta l-ħxuna tas-saff tal-buffer tilħaq 12nm, saff epitassjali eħxen minn 6μm jista 'jitkabbar fuq sottostrat tas-silikon permezz ta' skema ta 'tkabbir xierqa mingħajr qsim ta' saff epitassjali.
Wara sforzi fit-tul mir-riċerkaturi, il-kwalità tas-saffi epitassjali GaN imkabbra fuq substrati tas-silikon tjiebet b'mod sinifikanti, u apparati bħal transistors b'effett ta 'kamp, ditekters ultravjola Schottky barrier, LEDs blu-aħdar u lejżers ultravjola għamlu progress sinifikanti.
Fil-qosor, peress li s-sottostrati epitassjali GaN użati b'mod komuni huma kollha epitassi eteroġeni, kollha jiffaċċjaw problemi komuni bħal nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata u differenzi kbar fil-koeffiċjenti ta' espansjoni termali fi gradi differenti. Substrati GaN epitassjali omoġenji huma limitati mill-maturità tat-teknoloġija, u s-sottostrati għadhom ma ġewx prodotti bil-massa. L-ispiża tal-produzzjoni hija għolja, id-daqs tas-sottostrat huwa żgħir, u l-kwalità tas-sottostrat mhix ideali. L-iżvilupp ta 'sottostrati epitassjali GaN ġodda u t-titjib tal-kwalità epitassjali għadhom wieħed mill-fatturi importanti li jirrestrinġu l-iżvilupp ulterjuri tal-industrija epitassjali GaN.
IV. Metodi komuni għall-epitassija GaN
MOCVD (depożizzjoni kimika tal-fwar)
Jidher li l-epitassija omoġenja fuq sottostrati GaN hija l-aħjar għażla għall-epitassija GaN. Madankollu, peress li l-prekursuri tad-depożizzjoni tal-fwar kimiku huma trimethylgallium u ammonja, u l-gass trasportatur huwa idroġenu, it-temperatura tipika tat-tkabbir MOCVD hija ta 'madwar 1000-1100 ℃, u r-rata ta' tkabbir ta 'MOCVD hija ta' madwar ftit mikroni fis-siegħa. Jista 'jipproduċi interfaces wieqfa fil-livell atomiku, li huwa adattat ħafna għat-tkabbir ta' heterojunctions, bjar quantum, superlattices u strutturi oħra. Ir-rata ta 'tkabbir mgħaġġla tagħha, l-uniformità tajba u l-adegwatezza għat-tkabbir ta' żona kbira u b'ħafna biċċiet spiss jintużaw fil-produzzjoni industrijali.
MBE (epitassija tar-raġġ molekulari)
Fl-epitassija tar-raġġ molekulari, Ga juża sors elementali, u n-nitroġenu attiv jinkiseb min-nitroġenu permezz tal-plażma RF. Meta mqabbel mal-metodu MOCVD, it-temperatura tat-tkabbir MBE hija madwar 350-400 ℃ aktar baxxa. It-temperatura ta 'tkabbir aktar baxxa tista' tevita ċertu tniġġis li jista 'jkun ikkawżat minn ambjenti ta' temperatura għolja. Is-sistema MBE topera taħt vakwu ultra-għoli, li jippermettilha tintegra aktar metodi ta 'skoperta fil-post. Fl-istess ħin, ir-rata ta 'tkabbir u l-kapaċità tal-produzzjoni tagħha ma jistgħux jitqabblu ma' MOCVD, u huwa aktar użat fir-riċerka xjentifika [7].
Figura 5 (a) Skematika Eiko-MBE (b) Skematika tal-kamra tar-reazzjoni prinċipali MBE
Metodu HVPE (epitassija tal-fażi tal-fwar tal-idrur)
Il-prekursuri tal-metodu tal-epitassija tal-fażi tal-fwar tal-idrur huma GaCl3 u NH3. Detchprohm et al. uża dan il-metodu biex jikber saff epitassjali GaN mijiet ta 'mikroni ħoxnin fuq il-wiċċ ta' sottostrat taż-żaffir. Fl-esperiment tagħhom, saff ta 'ZnO tkabbar bejn is-sottostrat taż-żaffir u s-saff epitassjali bħala saff buffer, u s-saff epitassjali tqaxxar mill-wiċċ tas-sottostrat. Meta mqabbel ma 'MOCVD u MBE, il-karatteristika ewlenija tal-metodu HVPE hija r-rata għolja ta' tkabbir tagħha, li hija adattata għall-produzzjoni ta 'saffi ħoxnin u materjali bl-ingrossa. Madankollu, meta l-ħxuna tas-saff epitassjali taqbeż l-20μm, is-saff epitassjali prodott b'dan il-metodu huwa suxxettibbli għal xquq.
Akira USUI introduċa teknoloġija ta 'sottostrat disinji bbażata fuq dan il-metodu. L-ewwel kibru saff epitassjali GaN irqiq ta '1-1.5μm oħxon fuq sottostrat taż-żaffir bl-użu tal-metodu MOCVD. Is-saff epitassjali kien jikkonsisti f'saff ta 'buffer GaN oħxon ta' 20nm imkabbar taħt kundizzjonijiet ta 'temperatura baxxa u saff ta' GaN imkabbar taħt kundizzjonijiet ta 'temperatura għolja. Imbagħad, f'430 ℃, saff ta 'SiO2 ġie miksi fuq il-wiċċ tas-saff epitassjali, u saru strixxi tat-twieqi fuq il-film SiO2 permezz ta' fotolitografija. L-ispazjar tal-istrixxi kien ta '7μm u l-wisa' tal-maskra varjat minn 1μm sa 4μm. Wara dan it-titjib, kisbu saff epitassjali GaN fuq sottostrat taż-żaffir ta 'dijametru ta' 2 pulzieri li kien bla xquq u lixx daqs mera anke meta l-ħxuna żdiedet għal għexieren jew saħansitra mijiet ta 'mikroni. Id-densità tad-difett tnaqqset minn 109-1010cm-2 tal-metodu HVPE tradizzjonali għal madwar 6 × 107cm-2. Huma rrimarkaw ukoll fl-esperiment li meta r-rata tat-tkabbir taqbeż il-75μm/h, il-wiċċ tal-kampjun isir mhux maħdum[8].
Figura 6 Skematika tas-Sustrat Grafiku
V. Sommarju u Outlook
Materjali GaN bdew joħorġu fl-2014 meta l-LED dawl blu rebaħ il-Premju Nobel fil-Fiżika dik is-sena, u daħal fil-qasam tal-pubbliku ta 'applikazzjonijiet ta' ċċarġjar veloċi fil-qasam tal-elettronika tal-konsumatur. Fil-fatt, ħarġu wkoll bil-kwiet applikazzjonijiet fl-amplifikaturi tal-qawwa u apparat RF użati fl-istazzjonijiet bażi 5G li ħafna nies ma jistgħux jaraw. F'dawn l-aħħar snin, l-avvanz ta 'apparati ta' enerġija ta 'grad tal-karozzi bbażati fuq GaN huwa mistenni li jiftaħ punti ġodda ta' tkabbir għas-suq tal-applikazzjoni tal-materjal GaN.
Id-domanda enormi tas-suq żgur li se tippromwovi l-iżvilupp ta 'industriji u teknoloġiji relatati mal-GaN. Bil-maturità u t-titjib tal-katina industrijali relatata mal-GaN, il-problemi li jiffaċċjaw it-teknoloġija epitassjali attwali GaN eventwalment se jittejbu jew jingħelbu. Fil-futur, in-nies żgur li jiżviluppaw aktar teknoloġiji epitassjali ġodda u għażliet ta 'sottostrat aktar eċċellenti. Sa dak iż-żmien, in-nies ikunu jistgħu jagħżlu t-teknoloġija u s-sottostrat ta 'riċerka esterna l-aktar xierqa għal xenarji ta' applikazzjoni differenti skont il-karatteristiċi tax-xenarji ta 'applikazzjoni, u jipproduċu l-aktar prodotti personalizzati kompetittivi.
Ħin tal-post: Ġunju-28-2024