1. Нимноќилњои насли сеюм
Технологияи насли якуми нимноқилҳо дар асоси маводи нимноқилӣ ба монанди Si ва Ge таҳия шудааст. Он асоси моддии инкишофи транзисторхо ва технологияи схемахои интегралй мебошад. Маводҳои насли якуми нимноқилҳо барои саноати электронӣ дар асри 20 асос гузоштанд ва маводи асосии технологияи микросхемаи интегралӣ мебошанд.
Ба маводи нимноқилҳои насли дуввум асосан арсениди галлий, фосфиди индий, фосфиди галлий, арсениди индий, арсениди алюминий ва пайвастагиҳои сегонаи онҳо дохил мешаванд. Маводҳои насли дуюми нимноқилҳо асоси саноати иттилоотии оптоэлектронӣ мебошанд. Дар ин замина чунин соҳаҳои ба ҳам алоқаманд, аз қабили рӯшноӣ, дисплей, лазерӣ ва фотоэлектрикӣ инкишоф ёфтанд. Онҳо дар технологияҳои муосири иттилоотӣ ва саноати намоишии оптоэлектронӣ ба таври васеъ истифода мешаванд.
Намояндагии маводи нимноқилҳои насли сеюм аз нитриди галлий ва карбиди кремний иборатанд. Аз сабаби фосилаи васеъи бандҳо, суръати баланди гардиши электронии онҳо, гузариши баланди гармӣ ва қувваи баланди шикастани майдони онҳо, онҳо барои омода кардани дастгоҳҳои электронии зичии баланд, басомади баланд ва кам талафот маводи беҳтарин мебошанд. Дар байни онҳо, дастгоҳҳои энергетикии кремний карбиди дорои бартариҳои зичии баланди энергия, истеъмоли ками энергия ва андозаи хурд доранд ва дар мошинҳои нави энергетикӣ, фотоэлектрикҳо, нақлиёти роҳи оҳан, маълумоти калон ва дигар соҳаҳо дурнамои васеъ доранд. Дастгоҳҳои нитриди Gallium RF дорои бартариҳои басомади баланд, қудрати баланд, фарохмаҷрои васеъ, истеъмоли ками нерӯи барқ ва андозаи хурд мебошанд ва дорои дурнамои васеи татбиқ дар алоқаи 5G, Интернети ашё, радарҳои низомӣ ва дигар соҳаҳо мебошанд. Гайр аз ин, дар майдони пастшиддат асбобхои пуриктидори нитриди галлий васеъ истифода бурда шуданд. Илова бар ин, дар солҳои охир, интизор меравад, ки маводҳои пайдошудаи оксиди галлий бо технологияҳои мавҷудаи SiC ва GaN мукаммалии техникӣ эҷод кунанд ва дурнамои эҳтимолии татбиқро дар майдонҳои басомади паст ва баландшиддат дошта бошанд.
Дар муқоиса бо маводи нимноқилҳои насли дуюм, маводи нимноқилҳои насли сеюм паҳнои паҳнои васеътар доранд (барои бандҳои Si, як маводи маъмулии маводи нимноқили насли аввал, тақрибан 1,1еВ, паҳнои бандҳои GaAs, маъмулӣ аст. маводи нимноқилҳои насли дуюм, тақрибан 1,42eV ва паҳнои бандҳои GaN, як маводи маъмулӣ аз маводи нимноқили насли сеюм, аз 2,3эВ зиёд аст), муқовимати радиатсионӣ пурзӯртар, муқовимат ба шикастани майдони электрикӣ ва муқовимати ҳарорат баландтар аст. Маводҳои насли сеюми нимноқил бо паҳнои васеътари бандҳо махсусан барои истеҳсоли дастгоҳҳои электронии ба радиатсионӣ тобовар, басомади баланд, қудрати баланд ва зичии баланди ҳамгироӣ мувофиқанд. Татбиқи онҳо дар дастгоҳҳои радиобасомади микроволновка, LEDҳо, лазерҳо, дастгоҳҳои энергетикӣ ва дигар соҳаҳо таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб карданд ва онҳо дурнамои васеи рушдро дар алоқаи мобилӣ, шабакаҳои интеллектуалӣ, транзити роҳи оҳан, мошинҳои нави энергетикӣ, электроникаи маишӣ ва ултрабунафш ва кабуд нишон доданд. -дастгоҳҳои нури сабз [1].
Манбаи тасвир: CASA, Институти тадқиқоти коғазҳои қиматноки Чжешан
Тасвири 1 Ҷадвали вақт ва пешгӯии дастгоҳи қувваи GaN
II GaN сохтор ва хусусиятҳои моддӣ
GaN як нимноқили мустақими банд аст. Паҳнои бандҳои сохтори wurtzite дар ҳарорати хонагӣ тақрибан 3,26eV аст. Маводҳои GaN се сохтори асосии кристалл доранд, яъне сохтори вуртцит, сохтори сфалерит ва сохтори намаки санг. Дар байни онҳо сохтори вуртцит устувортарин сохтори кристаллӣ мебошад. Дар расми 2 диаграммаи сохтори вуртзити шашкунҷаи GaN оварда шудааст. Сохтори wurtzite маводи GaN ба сохтори бастабандии шашкунҷа тааллуқ дорад. Ҳар як ҳуҷайраи воҳид 12 атом, аз ҷумла 6 атом ва 6 атом дорад. Ҳар як атоми Ga (N) бо 4 атоми наздиктарини N (Ga) пайванд ба вуҷуд меорад ва бо тартиби ABABAB… қад-қади [0001] самти [2] ҷамъ карда мешавад.
Тасвири 2 Диаграммаи ҳуҷайраи булӯрии GaN сохтори Вуртцит
III Субстратҳои маъмулан барои эпитаксияи GaN истифодашаванда
Чунин ба назар мерасад, ки эпитаксияи якхела дар субстратҳои GaN интихоби беҳтарин барои эпитаксияи GaN мебошад. Аммо, аз сабаби энергияи бузурги пайванди GaN, вақте ки ҳарорат ба нуқтаи обшавии 2500 ℃ мерасад, фишори мувофиқи таҷзияи он тақрибан 4,5 ГПа аст. Вақте ки фишори таҷзия аз ин фишор пасттар аст, GaN об намешавад, балки мустақиман таҷзия мешавад. Ин технологияҳои тайёр кардани субстратҳои баркамолро ба монанди усули Чочральски барои омода кардани субстратҳои монокристалии GaN номувофиқ месозад, ки истеҳсоли оммавии GaN-ро душвор ва гарон мегардонад. Аз ин рӯ, субстратҳое, ки одатан дар афзоиши эпитаксиалии GaN истифода мешаванд, асосан Si, SiC, сапфир ва ғайра мебошанд [3].
Диаграммаи 3 GaN ва параметрҳои маводи зеризаминии маъмулан истифодашаванда
GaN эпитаксия дар сапфир
Сафир дорои хосиятҳои устувори химиявӣ, арзон ва камолоти баланди саноати миқёси истеҳсолӣ мебошад. Аз ин рӯ, он ба яке аз аввалин ва васеъ истифодашавандаи субстрат дар муҳандисии дастгоҳҳои нимноқил табдил ёфтааст. Ҳамчун яке аз субстратҳои маъмулан истифодашаванда барои эпитаксияи GaN, мушкилоти асосие, ки бояд барои субстратҳои сапфир ҳал карда шаванд, инҳоянд:
✔ Аз сабаби номутобиқатии калони торҳо байни сапфир (Al2O3) ва GaN (тақрибан 15%), зичии нуқсон дар интерфейси байни қабати эпитаксиалӣ ва субстрат хеле баланд аст. Барои кам кардани таъсири манфии он, субстрат бояд пеш аз оғози раванди эпитаксия ба коркарди мураккаб гузарад. Пеш аз парвариши эпитаксияи GaN дар субстратҳои сапфир, сатҳи субстрат аввал бояд ба таври қатъӣ тоза карда шавад, то ифлоскунандаҳо, зарари боқимондаи сайқалдиҳӣ ва ғайра тоза карда шавад ва қадамҳо ва сохторҳои сатҳи зина ба вуҷуд оянд. Сипас, сатҳи субстрат барои тағир додани хосиятҳои тар кардани қабати эпитаксиалӣ нитрид карда мешавад. Ниҳоят, як қабати тунуки буферии AlN (одатан ғафсии 10-100 нм) бояд дар сатҳи субстрат ҷойгир карда шавад ва дар ҳарорати паст барои омодагӣ ба афзоиши ниҳоии эпитаксиалӣ таҳшин карда шавад. Бо вуҷуди ин, зичии дислокатсия дар филмҳои эпитаксиалии GaN, ки дар субстратҳои сапфир парвариш карда мешаванд, ҳанӯз ҳам нисбат ба филмҳои гомоэпитаксиалӣ баландтар аст (тақрибан 1010 см-2, дар муқоиса бо зичии сифрӣ дар филмҳои гомоэпитаксиалии кремний ё арсениди галлий байни 1010 см-2) 2). Зичии баландтари нуқсон ҳаракати интиқолдиҳандаро коҳиш медиҳад ва ба ин васила умри интиқолдиҳандаи ақаллиятҳоро кӯтоҳ мекунад ва гузариши гармиро коҳиш медиҳад, ки ҳамаи ин кори дастгоҳро коҳиш медиҳад [4];
✔ Коэффисиенти тавсеаи гармии сапфир аз GaN бузургтар аст, бинобар ин дар қабати эпитаксиалӣ ҳангоми хунуккунӣ аз ҳарорати таҳшин то ҳарорати хонагӣ фишори фишурдаи биаксиалӣ ба вуҷуд меояд. Барои филмҳои ғафси эпитаксиалӣ, ин фишор метавонад боиси кафидани филм ё ҳатто субстрат гардад;
✔ Дар муқоиса бо дигар субстратҳо, гузариши гармии субстратҳои сапфир пасттар аст (тақрибан 0,25W * см-1 * K-1 дар 100 ℃) ва иҷрои гармии гармӣ бад аст;
✔ Аз сабаби ноқилияти пасти худ, субстратҳои сапфир барои ҳамгироӣ ва татбиқи онҳо бо дигар дастгоҳҳои нимноқилӣ мусоид нестанд.
Гарчанде ки зичии нуқсонҳои қабатҳои эпитаксиалии GaN, ки дар субстратҳои сапфир парвариш карда мешаванд, баланд аст, аммо ба назар чунин менамояд, ки иҷрои оптоэлектроникии LED-ҳои кабуд-сабзи GaN-ро ба таври назаррас коҳиш намедиҳад, аз ин рӯ субстратҳои сапфир ҳанӯз ҳам барои LED-ҳои GaN асосёфта субстратҳо мебошанд.
Бо таҳияи барномаҳои нави дастгоҳҳои GaN, аз қабили лазерҳо ё дигар дастгоҳҳои зичии баланд, нуқсонҳои хоси субстратҳои сапфир ба маҳдудияти истифодаи онҳо табдил меёбанд. Илова бар ин, бо таҳияи технологияи афзоиши субстрати SiC, кам кардани хароҷот ва камолоти технологияи эпитаксиалии GaN дар субстратҳои Si, таҳқиқоти бештар дар бораи афзоиши қабатҳои эпитаксиалии GaN дар субстратҳои сапфир тадриҷан тамоюли сардшавиро нишон дод.
Эпитаксияи GaN дар SiC
Дар муқоиса бо сапфир, субстратҳои SiC (4H- ва 6H-кристаллҳо) бо қабатҳои эпитаксиалии GaN (3,1%, муодили [0001] филмҳои нигаронидашудаи эпитаксиалӣ), гузариши гармии баландтар (тақрибан 3,8Вт*см-1*К) доранд. -1) ва ғайра. Илова бар ин, гузаронандагии субстратҳои SiC инчунин алоқаҳои барқиро фароҳам меорад ки дар пушти субстрат сохта шавад, ки ин ба содда кардани сохтори дастгоҳ кӯмак мекунад. Мавҷудияти ин бартариҳо муҳаққиқони бештарро ба кор дар эпитаксиияи GaN дар субстратҳои карбиди кремний ҷалб кардааст.
Бо вуҷуди ин, кор бевосита дар субстратҳои SiC барои пешгирӣ кардани афзоиши эпилайерҳои GaN инчунин бо як қатор нуқсонҳо дучор меояд, аз ҷумла:
✔ Ноҳамвории сатҳи субстратҳои SiC нисбат ба субстратҳои сапфир хеле баландтар аст (ноҳамвории сапфир 0,1 нм RMS, ноҳамвории SiC 1 нм RMS), субстратҳои SiC сахтии баланд ва иҷрои сусти коркард доранд ва ин ноҳамворӣ ва зарари боқимондаи сайқалдиҳӣ низ яке аз онҳост. манбаъҳои камбудиҳо дар epilayers GaN.
✔ Зичии дислокатсияи винти субстратҳои SiC баланд аст (зичии дислокатсия 103-104см-2), дислокатсияҳои буранда метавонанд ба эпилайери GaN паҳн шаванд ва кори дастгоҳро коҳиш диҳанд;
✔ Ҷойгиршавии атомӣ дар сатҳи субстрат боиси пайдоиши хатогиҳои стекингӣ (BSFs) дар эпилайери GaN мегардад. Барои GaN эпитаксиалӣ дар субстратҳои SiC, фармоишҳои эҳтимолии ҷойгиршавии атомӣ дар субстрат вуҷуд доранд, ки дар натиҷа тартиботи stacking ибтидоии атомии қабати эпитаксиалии GaN дар он ба вуҷуд меояд, ки ба хатогиҳои стекинг моил аст. Хатогиҳои stacking (SFs) майдонҳои барқии дарунсохтро дар қад-қади меҳвари c ҷорӣ мекунанд, ки ба мушкилоте ба монанди ихроҷи дастгоҳҳои ҷудокунии интиқолдиҳанда дар дохили ҳавопаймо оварда мерасонанд;
✔ Коэффисиенти васеъшавии гармии субстрати SiC нисбат ба AlN ва GaN хурдтар аст, ки боиси ҷамъшавии фишори гармӣ дар байни қабати эпитаксиалӣ ва субстрат дар ҷараёни хунуккунӣ мегардад. Валтерейт ва Бранд дар асоси натиҷаҳои тадқиқоти худ пешгӯӣ карданд, ки ин мушкилотро тавассути парвариши қабатҳои эпитаксиалии GaN дар қабатҳои борик ва ҳамоҳангшудаи ядроии AlN осон кардан ё ҳал кардан мумкин аст;
✔ Проблемаи намшавии сусти атомҳои Ga. Ҳангоми парвариши қабатҳои эпитаксиалии GaN мустақиман дар сатҳи SiC, аз сабаби намнокии сусти байни ду атом, GaN ба афзоиши ҷазираи 3D дар сатҳи субстрат моил аст. Ҷорӣ кардани қабати буферӣ ҳалли маъмултарин барои беҳтар кардани сифати маводи эпитаксиалӣ дар epitaxy GaN мебошад. Ҷорӣ кардани қабати буферии AlN ё AlxGa1-xN метавонад намнокии сатҳи SiC-ро ба таври муассир беҳтар кунад ва қабати эпитаксиалии GaN-ро дар ду андоза афзоиш диҳад. Илова бар ин, он инчунин метавонад стрессро танзим кунад ва нуқсонҳои субстратро аз паҳншавии эпитаксияи GaN пешгирӣ кунад;
✔ Технологияи тайёр кардани субстратҳои SiC пухта нашудааст, арзиши субстрат баланд аст ва таъминкунандагон каманд ва таъминот кам аст.
Тадқиқоти Торрес ва дигарон нишон медиҳанд, ки пошидани субстрати SiC бо H2 дар ҳарорати баланд (1600 ° C) пеш аз эпитаксис метавонад дар сатҳи субстрат сохтори зинапояи бештар ба вуҷуд ояд ва ба ин васила нисбат ба он вақте ки он мустақиман филми эпитаксиалии AlN баландтар ба даст оварда мешавад. дар сатҳи субстрати аслӣ парвариш карда мешавад. Тадқиқоти Си ва дастаи ӯ инчунин нишон медиҳад, ки коркарди пешакии субстрати карбиди кремний метавонад морфологияи рӯизаминӣ ва сифати кристаллии қабати эпитаксиалии GaN-ро ба таври назаррас беҳтар кунад. Смит ва дигарон. муайян кард, ки дислокатсияҳои ришта аз қабати субстрат/буферӣ ва интерфейсҳои қабати буферӣ/эпитаксиалӣ ба ҳамвор будани субстрат алоқаманданд [5].
Расми 4 Морфологияи TEM намунаҳои қабати эпитаксиалии GaN, ки дар субстрати 6H-SiC (0001) дар шароити гуногуни коркарди рӯизаминӣ парвариш карда шудаанд (а) тозакунии кимиёвӣ; (б) тозакунии кимиёвӣ + коркарди плазмаи гидроген; (в) тозакунии кимиёвӣ + коркарди плазмаи гидроген + коркарди гармии 1300 ℃ гидроген барои 30 дақиқа
GaN эпитаксия дар Si
Дар муқоиса бо карбиди кремний, сапфир ва дигар субстратҳо, раванди омодасозии субстрати кремний баркамол аст ва он метавонад субстратҳои калонҳаҷми баркамолро бо арзиши баланд таъмин намояд. Дар айни замон, гузаронандагии гармидиҳӣ ва гузариши барқ хуб аст ва раванди дастгоҳи электронии Si баркамол аст. Имконияти ба таври комил муттаҳид кардани дастгоҳҳои оптоэлектроники GaN бо дастгоҳҳои электронии Si дар оянда афзоиши эпитаксиияи GaN-ро дар кремний хеле ҷолиб мегардонад.
Бо вуҷуди ин, аз сабаби фарқияти калон дар константаҳои торӣ байни субстрати Si ва маводи GaN, эпитаксияи гетерогении GaN дар субстрати Si як эпитаксияи маъмулии номувофиқии калон аст ва он инчунин бояд бо як қатор мушкилот рӯ ба рӯ шавад:
✔ Мушкилоти энергетикии интерфейси рӯизаминӣ. Вақте ки GaN дар субстрати Si афзоиш меёбад, сатҳи субстрати Si аввал нитрид карда мешавад, то як қабати аморфии нитриди кремнийро ба вуҷуд орад, ки ба ядрошавӣ ва афзоиши GaN-и зичии баланд мусоидат намекунад. Илова бар ин, сатҳи Si аввал бо Ga тамос мегирад, ки сатҳи субстрати Si-ро занг мезанад. Дар ҳарорати баланд, таҷзияи сатҳи Si ба қабати эпитаксиалии GaN паҳн шуда, доғҳои кремнийи сиёҳро ба вуҷуд меорад.
✔ Мутобиқати доимии торҳо байни GaN ва Si калон аст (~17%), ки боиси пайдоиши дислокатсияҳои риштаҳои зичии баланд мегардад ва сифати қабати эпитаксиалиро ба таври назаррас коҳиш медиҳад;
✔ Дар муқоиса бо Si, GaN коэффисиенти васеъшавии гармии калонтар дорад (коэффисиенти тавсеаи гармии GaN тақрибан 5,6×10-6К-1, коэффисиенти васеъшавии гармии Si тақрибан 2,6×10-6К-1 аст) ва дар GaN тарқишҳо ба вуҷуд омада метавонанд. қабати эпитаксиалӣ ҳангоми хунук шудани ҳарорати эпитаксиалӣ ба ҳарорати хонагӣ;
✔ Si бо NH3 дар ҳарорати баланд реаксия карда, SiNx поликристаллӣ ба вуҷуд меорад. AlN наметавонад ядрои ба таври афзалиятнок нигаронидашударо дар поликристалии SiNx ташкил кунад, ки ин боиси ориентацияи номунтазами қабати минбаъдаи GaN ва шумораи зиёди нуқсонҳо мегардад, ки дар натиҷа сифати пасти кристаллии қабати эпитаксиалии GaN ва ҳатто душворӣ дар ташаккули як кристаллӣ мегардад. Қабати эпитаксиалии GaN [6].
Барои ҳалли масъалаи номутобиқатии калони торҳо, муҳаққиқон кӯшиш карданд, ки маводҳо ба монанди AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO ва SiC-ро ҳамчун қабатҳои буферӣ дар субстратҳои Si ҷорӣ кунанд. Барои пешгирӣ кардани ташаккули поликристалии SiNx ва кам кардани таъсири манфии он ба сифати кристалии GaN/AlN/Si (111), TMAl одатан барои як давраи муайян пеш аз афзоиши эпитаксиалии қабати буферии AlN ворид карда мешавад. ки NH3 аз реаксия бо сатҳи ошкоршудаи Si барои ташаккули SiNx пешгирӣ кунад. Илова бар ин, барои беҳтар кардани сифати қабати эпитаксиалӣ технологияҳои эпитаксиалӣ, аз қабили технологияи субстрати намунавӣ метавонанд истифода шаванд. Рушди ин технологияҳо ба ҷилавгирӣ аз ташаккули SiNx дар интерфейси эпитаксиалӣ, мусоидат ба афзоиши дученакаи қабати эпитаксиалии GaN ва беҳтар кардани сифати афзоиши қабати эпитаксиалӣ мусоидат мекунад. Илова бар ин, як қабати буферии AlN барои ҷуброн кардани фишори кашиш, ки аз фарқияти коэффисиентҳои васеъшавии гармӣ ба вуҷуд омадааст, барои пешгирӣ кардани тарқишҳо дар қабати эпитаксиалии GaN дар субстрати кремний ҷорӣ карда мешавад. Тадқиқоти Крост нишон медиҳад, ки байни ғафсии қабати буферии AlN ва кам шудани шиддат таносуби мусбат вуҷуд дорад. Вақте ки ғафсии қабати буферӣ ба 12 нм мерасад, қабати эпитаксиалии аз 6 мкм ғафстарро дар як субстрати кремний тавассути схемаи мувофиқи афзоиш бидуни крек кардани қабати эпитаксиалӣ парвариш кардан мумкин аст.
Пас аз кӯшишҳои тӯлонии муҳаққиқон, сифати қабатҳои эпитаксиалии GaN, ки дар субстратҳои кремний парвариш карда мешаванд, ба таври назаррас беҳтар карда шуд ва дастгоҳҳо ба монанди транзисторҳои эффекти саҳроӣ, детекторҳои ултрабунафши монеаи Шоттки, LEDҳои кабуд-сабз ва лазерҳои ултрабунафш ба пешрафти назаррас ноил шуданд.
Хулоса, азбаски субстратҳои эпитаксиалии GaN, ки маъмулан истифода мешаванд, ҳама эпитаксияҳои гетерогенӣ мебошанд, онҳо ҳама бо мушкилоти умумӣ, ба монанди номутобиқатии торҳо ва фарқиятҳои калон дар коэффисиентҳои васеъшавии гармӣ то дараҷаҳои гуногун дучор меоянд. Субстратҳои якхелаи эпитаксиалии GaN бо камолоти технология маҳдуданд ва субстратҳо ҳанӯз ба таври оммавӣ истеҳсол карда нашудаанд. Арзиши истеҳсолот баланд аст, андозаи субстрат хурд аст ва сифати субстрат идеалӣ нест. Ташаккули субстратхои нави эпитаксиалии GaN ва бехтар намудани сифати эпитаксиалй хануз хам яке аз омилхои мухиме мебошанд, ки тараккиёти минбаъдаи саноати эпитаксиалии GaN-ро махдуд мекунанд.
IV. Усулҳои маъмул барои эпитаксияи GaN
MOCVD (таҳвили буғи химиявӣ)
Чунин ба назар мерасад, ки эпитаксияи якхела дар субстратҳои GaN интихоби беҳтарин барои эпитаксияи GaN мебошад. Аммо, азбаски прекурсорҳои таҳшиншавии буғи химиявӣ триметилгаллий ва аммиак ва гази интиқолдиҳанда гидроген мебошанд, ҳарорати маъмулии афзоиши MOCVD тақрибан 1000-1100 ℃ аст ва суръати афзоиши MOCVD тақрибан чанд микрон дар як соат аст. Он метавонад интерфейсҳои нишебро дар сатҳи атом тавлид кунад, ки барои парвариши гетерогунксияҳо, чоҳҳои квантӣ, суперлаттикаҳо ва дигар сохторҳо хеле мувофиқ аст. Суръати афзоиши босуръати он, якрангии хуб ва мувофиқ барои афзоиши майдони калон ва бисёр қисмҳо аксар вақт дар истеҳсолоти саноатӣ истифода мешавад.
MBE (эпитаксияи нури молекулавӣ)
Дар эпитаксияи нури молекулавӣ Ga як манбаи элементиро истифода мебарад ва нитрогени фаъол аз нитроген тавассути плазмаи РФ ба даст меояд. Дар муқоиса бо усули MOCVD, ҳарорати афзоиши MBE тақрибан 350-400 ℃ пасттар аст. Ҳарорати пасти афзоиш метавонад аз ифлосшавии муайяне, ки метавонад аз муҳити ҳарорати баланд ба вуҷуд ояд, пешгирӣ кунад. Системаи MBE дар зери вакууми ултра баланд кор мекунад, ки ба он имкон медиҳад, ки усулҳои бештари муайянкунии маҳаллиро муттаҳид созад. Дар баробари ин, суръати афзоиш ва иқтидори истеҳсолии онро бо MOCVD муқоиса кардан мумкин нест ва он дар таҳқиқоти илмӣ бештар истифода мешавад [7].
Тасвири 5 (а) схемаи Eiko-MBE (б) схемаи камераи реаксияи асосии MBE
Усули HVPE (эпитаксияи фазаи буғи гидрид)
Прекурсорҳои усули эпитаксияи фазаи буғи гидрид GaCl3 ва NH3 мебошанд. Детчпром ва дигарон. ин усулро барои руёндани қабати эпитаксиалии GaN, ки ғафсии садҳо микрон дар рӯи субстрати сапфир аст, истифода бурд. Дар таҷрибаи онҳо қабати ZnO дар байни субстрати сапфир ва қабати эпитаксиалӣ ҳамчун қабати буферӣ парвариш карда шуд ва қабати эпитаксиалӣ аз сатҳи субстрат канда шуд. Дар муқоиса бо MOCVD ва MBE, хусусияти асосии усули HVPE суръати баланди афзоиши он мебошад, ки барои истеҳсоли қабатҳои ғафс ва масолеҳи куллӣ мувофиқ аст. Аммо, вақте ки ғафсии қабати эпитаксиалӣ аз 20 мкм зиёд мешавад, қабати эпитаксиалӣ бо ин усул ба тарқишҳо майл дорад.
Akira USUI дар асоси ин усул технологияи намунавии субстратро ҷорӣ кард. Онҳо аввал бо истифода аз усули MOCVD қабати тунуки 1-1,5 мкм ғафси эпитаксиалии GaN-ро дар субстрати сапфир парвариш карданд. Қабати эпитаксиалӣ аз қабати буферии ғафси 20 нм GaN иборат буд, ки дар шароити ҳарорати паст парвариш карда шудааст ва қабати GaN дар шароити ҳарорати баланд парвариш карда мешавад. Сипас, дар ҳарорати 430 ℃ як қабати SiO2 дар рӯи қабати эпитаксиалӣ пӯшонида шуд ва дар филми SiO2 тавассути фотолитография рахҳои тиреза сохта шуданд. Фосилаи рахҳо 7 мкм ва паҳнои ниқоб аз 1 мкм то 4 мкм буд. Пас аз ин такмил, онҳо як қабати эпитаксиалии GaN-ро дар як субстрати сапфири диаметри 2 дюймӣ ба даст оварданд, ки бидуни тарқиш ва мисли оина ҳамвор буд, ҳатто вақте ки ғафсӣ то даҳҳо ва ҳатто садҳо микрон зиёд мешуд. Зичии камбудиҳо аз 109-1010cm-2 усули анъанавии HVPE то тақрибан 6×107cm-2 кам карда шуд. Онҳо инчунин дар таҷриба қайд карданд, ки вақте суръати афзоиш аз 75 мкм / соат зиёд мешавад, сатҳи намуна ноҳамвор мешавад [8].
Расми 6 Схемати графикии субстрат
V. Хулоса ва дурнамо
Маводҳои GaN дар соли 2014 вақте пайдо шуданд, ки чароғи кабуди LED ҳамон сол барандаи ҷоизаи Нобел дар соҳаи физика шуд ва ба соҳаи барномаҳои пуркунии тези барқ дар соҳаи электроникаи маишӣ ворид шуд. Дарвоқеъ, замимаҳо дар тақвиятдиҳандаҳои барқ ва дастгоҳҳои RF, ки дар истгоҳҳои пойгоҳи 5G истифода мешаванд, ки аксарият намебинанд, низ оромона пайдо шуданд. Интизор меравад, ки дар солҳои охир рахнашавии дастгоҳҳои барқии GaN дар асоси GaN барои бозори татбиқи маводи GaN нуқтаҳои нави афзоишро боз кунад.
Талаботи бузурги бозор бешубҳа ба рушди соҳаҳо ва технологияҳои марбут ба GaN мусоидат хоҳад кард. Бо камолот ва такмили занҷири саноатии марбут ба GaN, мушкилоте, ки бо технологияи кунунии эпитаксиалии GaN дучор мешаванд, дар ниҳоят такмил ё бартараф карда мешаванд. Дар оянда, одамон бешубҳа технологияҳои нави эпитаксиалӣ ва имконоти беҳтарини субстратро таҳия хоҳанд кард. То он вақт, одамон метавонанд мувофиқи хусусиятҳои сенарияҳои татбиқ технологияи мувофиқтарини тадқиқоти беруна ва субстратро барои сенарияҳои гуногуни татбиқ интихоб кунанд ва маҳсулоти рақобатпазиртаринро истеҳсол кунанд.
Вақти фиристодан: июн-28-2024