1. דריט-דור סעמיקאַנדאַקטערז
דער ערשטער-דור סעמיקאַנדאַקטער טעכנאָלאָגיע איז דעוועלאָפּעד באזירט אויף סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס אַזאַ ווי סי און גע. עס איז דער מאַטעריאַל יקער פֿאַר דער אַנטוויקלונג פון טראַנזיסטערז און ינאַגרייטיד קרייַז טעכנאָלאָגיע. דער ערשטער-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס געלייגט דעם יסוד פֿאַר די עלעקטראָניש אינדוסטריע אין די 20 יאָרהונדערט און זענען די יקערדיק מאַטעריאַלס פֿאַר ינאַגרייטיד קרייַז טעכנאָלאָגיע.
די צווייטע דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס אַרייַננעמען דער הויפּט גאַליום אַרסענידע, ינדיום פאָספידע, גאַליום פאָספידע, ינדיום אַרסענידע, אַלומינום אַרסענידע און זייער טערנערי קאַמפּאַונדז. די צווייטע דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס זענען דער יסוד פון די אָפּטאָעלעקטראָניק אינפֿאָרמאַציע אינדוסטריע. אויף דעם באזע, פֿאַרבונדענע ינדאַסטריז אַזאַ ווי לייטינג, אַרויסווייַזן, לאַזער און פאָטאָוואָלטאַיקס זענען דעוועלאָפּעד. זיי זענען וויידלי געניצט אין הייַנטצייַטיק אינפֿאָרמאַציע טעכנאָלאָגיע און אָפּטאָעלעקטראָניק אַרויסווייַזן ינדאַסטריז.
פארשטייער מאַטעריאַלס פון די דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס אַרייַננעמען גאַליום ניטרידע און סיליציום קאַרבידע. רעכט צו זייער ברייט באַנד ריס, הויך עלעקטראָן זעטיקונג דריפט גיכקייַט, הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי און הויך ברייקדאַון פעלד שטאַרקייַט, זיי זענען ידעאַל מאַטעריאַלס פֿאַר פּריפּערינג הויך-מאַכט געדיכטקייַט, הויך-אָפטקייַט און נידעריק-אָנווער עלעקטראָניש דעוויסעס. צווישן זיי, סיליציום קאַרבידע מאַכט דעוויסעס האָבן די אַדוואַנטידזשיז פון הויך ענערגיע געדיכטקייַט, נידעריק ענערגיע קאַנסאַמשאַן און קליין גרייס, און האָבן ברייט אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס אין נייַ ענערגיע וועהיקלעס, פאָטאָוואָלטאַיקס, רעלס טראַנספּערטיישאַן, גרויס דאַטן און אנדערע פעלדער. גאַליום ניטרידע רף דעוויסעס האָבן די אַדוואַנטידזשיז פון הויך אָפטקייַט, הויך מאַכט, ברייט באַנדווידט, נידעריק מאַכט קאַנסאַמשאַן און קליין גרייס, און האָבן ברייט אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס אין 5G קאָמוניקאַציע, די אינטערנעט פון טהינגס, מיליטעריש ראַדאַר און אנדערע פעלדער. אין אַדישאַן, גאַליום ניטריד-באזירט מאַכט דעוויסעס האָבן שוין וויידלי געניצט אין די נידעריק-וואָולטידזש פעלד. אין אַדישאַן, אין די לעצטע יאָרן, ימערדזשינג גאַליום אַקסייד מאַטעריאַלס זענען געריכט צו פאָרעם טעכניש קאַמפּלאַמענטיישאַן מיט יגזיסטינג סיק און גאַן טעקנאַלאַדזשיז, און האָבן פּאָטענציעל אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס אין די נידעריק-אָפטקייַט און הויך-וואָולטידזש פעלדער.
קאַמפּערד מיט די רגע-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס, די דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס האָבן אַ ברייט באַנדגאַפּ ברייט (די באַנדגאַפּ ברייט פון Si, אַ טיפּיש מאַטעריאַל פון דער ערשטער-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַל, איז וועגן 1.1eV, די באַנדגאַפּ ברייט פון GaAs, אַ טיפּיש מאַטעריאַל פון די רגע-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַל איז וועגן 1.42eV, און די באַנדגאַפּ ברייט פון GaN, אַ טיפּיש מאַטעריאַל פון די דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַל, איז העכער 2.3eV), שטארקער ראַדיאַציע קעגנשטעל, שטארקער קעגנשטעל צו עלעקטריק פעלד ברייקדאַון, און העכער טעמפּעראַטור קעגנשטעל. די דריט-דור סעמיקאַנדאַקטער מאַטעריאַלס מיט אַ ברייט באַנדגאַפּ ברייט זענען דער הויפּט פּאַסיק פֿאַר די פּראָדוקציע פון ראַדיאַציע-קעגנשטעליק, הויך-אָפטקייַט, הויך-מאַכט און הויך-ינאַגריישאַן-געדיכטקייַט עלעקטראָניש דעוויסעס. זייער אַפּלאַקיישאַנז אין מייקראַווייוו ראַדיאָ אָפטקייַט דעוויסעס, לעדס, לייזערז, מאַכט דעוויסעס און אנדערע פעלדער האָבן געצויגן פיל ופמערקזאַמקייט, און זיי האָבן געוויזן ברייט אַנטוויקלונג פּראַספּעקס אין רירעוודיק קאָמוניקאַציע, קלוג גרידס, רעלס דורכפאָר, נייַ ענערגיע וועהיקלעס, קאַנסומער עלעקטראָניק און אַלטראַווייאַליט און בלוי -גרין ליכט דעוויסעס [1].
בילד מקור: קאַסאַ, זשעשאַנג סעקוריטיעס פאָרשונג אינסטיטוט
פיגורע 1 GaN מאַכט מיטל צייט וואָג און פאָרויסזאָגן
II GaN מאַטעריאַל סטרוקטור און קעראַקטעריסטיקס
GaN איז אַ דירעקט באַנדגאַפּ סעמיקאַנדאַקטער. די באַנדגאַפּ ברייט פון די וואָרציטע סטרוקטור אין צימער טעמפּעראַטור איז וועגן 3.26 עוו. גאַן מאַטעריאַלס האָבן דריי הויפּט קריסטאַל סטראַקטשערז, ניימלי וואָרציטע סטרוקטור, ספאַלעריטע סטרוקטור און שטיין זאַלץ סטרוקטור. צווישן זיי, די וורציטע סטרוקטור איז די מערסט סטאַביל קריסטאַל סטרוקטור. פיגור 2 איז אַ דיאַגראַמע פון די כעקסאַגאַנאַל וואָרציטע סטרוקטור פון GaN. די וואָרציטע סטרוקטור פון GaN מאַטעריאַל געהערט צו אַ כעקסאַגאַנאַל נאָענט-פּאַקט סטרוקטור. יעדער אַפּאַראַט צעל האט 12 אַטאָמס, אַרייַנגערעכנט 6 N אַטאָמס און 6 גאַ אַטאָמס. יעדער גאַ (ען) אַטאָם פארמען אַ בונד מיט די 4 ניראַסט N (גאַ) אַטאָמס און איז סטאַקט אין די סדר פון ABABAB ... צוזאמען די [0001] ריכטונג [2].
פיגורע 2 Wurtzite סטרוקטור GaN קריסטאַל צעל דיאַגראַמע
III קאַמאַנלי געניצט סאַבסטרייץ פֿאַר GaN עפּיטאַקסי
עס מיינט אַז כאָומאַדזשיניאַס עפּיטאַקסי אויף GaN סאַבסטרייץ איז דער בעסטער ברירה פֿאַר GaN עפּיטאַקסי. אָבער, רעכט צו דער גרויס בונד ענערגיע פון גאַן, ווען די טעמפּעראַטור ריטשאַז די מעלטינג פונט פון 2500 ℃, די קאָראַספּאַנדינג דיקאַמפּאָוזישאַן דרוק איז וועגן 4.5 גפּאַ. ווען די דיקאַמפּאָוזישאַן דרוק איז נידעריקער ווי דעם דרוק, GaN צעלאָזן נישט, אָבער דיקאַמפּאָוזד גלייַך. דאָס מאכט דערוואַקסן סאַבסטרייט צוגרייטונג טעקנאַלאַדזשיז אַזאַ ווי די Czochralski אופֿן ומפּאַסיק פֿאַר די צוגרייטונג פון GaN איין קריסטאַל סאַבסטרייץ, וואָס מאכט GaN סאַבסטרייץ שווער צו מאַסע פּראָדוצירן און טייַער. דעריבער, די סאַבסטרייץ קאַמאַנלי געניצט אין גאַן עפּיטאַקסיאַל גראָוט זענען דער הויפּט סי, סיק, סאַפייער, אאז"ו ו [3].
טשאַרט 3 גאַן און פּאַראַמעטערס פון קאַמאַנלי געוויינט סאַבסטרייט מאַטעריאַלס
GaN עפּיטאַקסי אויף סאַפייער
סאַפייער האט סטאַביל כעמישער פּראָפּערטיעס, איז ביליק און האט אַ הויך צייַטיקייַט פון גרויס-וואָג פּראָדוקציע אינדוסטריע. דעריבער, עס איז געווארן איינער פון די ערליאַסט און מערסט וויידלי געניצט סאַבסטרייט מאַטעריאַלס אין סעמיקאַנדאַקטער מיטל ינזשעניעריע. ווי איינער פון די קאַמאַנלי געוויינט סאַבסטרייץ פֿאַר GaN עפּיטאַקסי, די הויפּט פראבלעמען וואָס דאַרפֿן צו זיין סאַלווד פֿאַר סאַפייער סאַבסטרייץ זענען:
✔ רעכט צו דער גרויס לאַטאַס מיסמאַטש צווישן סאַפייער (Al2O3) און GaN (וועגן 15%), די דעפעקט געדיכטקייַט אין די צובינד צווישן די עפּיטאַקסיאַל שיכטע און די סאַבסטרייט איז זייער הויך. אין סדר צו רעדוצירן זייַן אַדווערס יפעקס, די סאַבסטרייט מוזן זיין אונטערטעניק צו קאָמפּלעקס פּרעטרעאַטמענט איידער די עפּיטאַקסי פּראָצעס הייבט. איידער גראָוינג GaN עפּיטאַקסי אויף סאַפייער סאַבסטרייץ, די סאַבסטרייט ייבערפלאַך מוזן ערשטער זיין שטרענג קלינד צו באַזייַטיקן קאַנטאַמאַנאַנץ, ריזידזשואַל פּאַלישינג שעדיקן, אאז"ו ו, און צו פּראָדוצירן סטעפּס און טרעפּ ייבערפלאַך סטראַקטשערז. דערנאָך, די סאַבסטרייט ייבערפלאַך איז ניטרידעד צו טוישן די וועטינג פּראָפּערטיעס פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע. צום סוף, אַ דין AlN באַפער שיכטע (יוזשאַוואַלי 10-100 נם דיק) דאַרף זיין דאַפּאַזיטיד אויף די סאַבסטרייט ייבערפלאַך און אַנניילד ביי נידעריק טעמפּעראַטור צו צוגרייטן פֿאַר די לעצט עפּיטאַקסיאַל וווּקס. אפילו אַזוי, די דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט אין GaN עפּיטאַקסיאַל פילמס דערוואַקסן אויף סאַפייער סאַבסטרייץ איז נאָך העכער ווי אַז פון כאָומיעפּיטאַקסיאַל פילמס (וועגן 1010cm-2, קאַמפּערד מיט יסענשאַלי נול דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט אין סיליציום כאָומיעפּיטאַקסיאַל פילמס אָדער גאַליום אַרסענידע האָמאָעפּיטאַקסיאַל פילמס, אָדער צווישן 10402 סענטימעטער. 2). די העכער דעפעקט געדיכטקייַט ראַדוסאַז טרעגער מאָביליטי, דערמיט פאַרקירצן די מינאָריטעט טרעגער לעבן און רידוסינג טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי, אַלע וואָס וועט רעדוצירן די פאָרשטעלונג פון די מיטל [4];
✔ די טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט פון סאַפייער איז גרעסער ווי די פון GaN, אַזוי בייאַקסיאַל קאַמפּרעסיוו דרוק וועט זיין דזשענערייטאַד אין די עפּיטאַקסיאַל שיכטע בעשאַס דער פּראָצעס פון קאָאָלינג פון די דעפּאַזישאַן טעמפּעראַטור צו צימער טעמפּעראַטור. פֿאַר טיקער עפּיטאַקסיאַל פילמס, דעם דרוק קען פאַרשאַפן קראַקינג פון די פילם אָדער אפילו די סאַבסטרייט;
✔ קאַמפּערד מיט אנדערע סאַבסטרייץ, די טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון סאַפייער סאַבסטרייץ איז נידעריקער (וועגן 0.25 וו * סענטימעטער-1 * ק-1 ביי 100 ℃), און די היץ דיסיפּיישאַן פאָרשטעלונג איז נעבעך;
✔ רעכט צו זיין נעבעך קאַנדאַקטיוואַטי, סאַפייער סאַבסטרייץ זענען נישט קאַנדוסיוו צו זייער ינאַגריישאַן און אַפּלאַקיישאַן מיט אנדערע סעמיקאַנדאַקטער דעוויסעס.
כאָטש די דעפעקט געדיכטקייַט פון GaN עפּיטאַקסיאַל לייַערס דערוואַקסן אויף סאַפייער סאַבסטרייץ איז הויך, עס קען נישט פאַרמינערן די אָפּטאָעלעקטראָניק פאָרשטעלונג פון GaN-באזירט בלוי-גרין לעדס, אַזוי סאַפייער סאַבסטרייץ זענען נאָך קאַמאַנלי געניצט סאַבסטרייץ פֿאַר GaN-באזירט לעדס.
מיט דער אַנטוויקלונג פון מער נייַע אַפּלאַקיישאַנז פון GaN דעוויסעס אַזאַ ווי לייזערז אָדער אנדערע הויך-געדיכטקייַט מאַכט דעוויסעס, די טאָכיק חסרונות פון סאַפייער סאַבסטרייץ האָבן ינקריסינגלי ווערן אַ באַגרענעצונג פון זייער אַפּלאַקיישאַן. אין אַדישאַן, מיט דער אַנטוויקלונג פון SiC סאַבסטרייט וווּקס טעכנאָלאָגיע, פּרייַז רעדוקציע און די צייַטיקייַט פון GaN עפּיטאַקסיאַל טעכנאָלאָגיע אויף Si סאַבסטרייץ, מער פאָרשונג אויף גראָוינג GaN עפּיטאַקסיאַל לייַערס אויף סאַפייער סאַבסטרייץ האט ביסלעכווייַז געוויזן אַ קאָאָלינג גאַנג.
GaN עפּיטאַקסי אויף SiC
קאַמפּערד מיט סאַפייער, SiC סאַבסטרייץ (4H- און 6H-קריסטאַלז) האָבן אַ קלענערער לאַטאַס מיסמאַטש מיט GaN עפּיטאַקסיאַל לייַערס (3.1%, עקוויוואַלענט צו [0001] אָריענטיד עפּיטאַקסיאַל פילמס), העכער טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי (וועגן 3.8W *cm-1*K -1), אאז"ו ו אין דערצו, די קאַנדאַקטיוואַטי פון סיק סאַבסטרייץ אויך אַלאַוז עלעקטריקאַל קאָנטאַקטן צו זיין געמאכט אויף די צוריק פון די סאַבסטרייט, וואָס העלפּס צו פאַרפּאָשעטערן די סטרוקטור פון די מיטל. די עקזיסטענץ פון די אַדוואַנטידזשיז האט געצויגן מער און מער ריסערטשערז צו אַרבעטן אויף GaN עפּיטאַקסי אויף סיליציום קאַרבידע סאַבסטרייץ.
אָבער, ארבעטן גלייַך אויף SiC סאַבסטרייץ צו ויסמיידן גראָוינג GaN עפּלייַערס אויך פייסאַז אַ סעריע פון דיסאַדוואַנטידזשיז, אַרייַנגערעכנט די פאלגענדע:
✔ די ייבערפלאַך ראַפנאַס פון סיק סאַבסטרייץ איז פיל העכער ווי אַז פון סאַפייער סאַבסטרייץ (שאַפיר ראַפנאַס 0.1 נם רמס, סיק ראַפנאַס 1 נם רמס), סיק סאַבסטרייץ האָבן הויך כאַרדנאַס און נעבעך פּראַסעסינג פאָרשטעלונג, און די ראַפנאַס און ריזידזשואַל פּאַלישינג שעדיקן זענען אויך איינער פון די קוואלן פון חסרונות אין GaN עפּלייַערס.
✔ די שרויף דיסלאָוקיישאַן געדיכטקייַט פון סיק סאַבסטרייץ איז הויך (דיסלאָקאַטיאָן געדיכטקייַט 103-104cm-2), שרויף דיסלאָוקיישאַנז קענען פאַרשפּרייטן צו די GaN עפּלייַער און רעדוצירן די פאָרשטעלונג פון די מיטל;
✔ די אַטאָמישע אָרדענונג אויף די סאַבסטרייט ייבערפלאַך ינדוסיז די פאָרמירונג פון סטאַקינג חסרונות (BSFs) אין די GaN עפּלייַער. פֿאַר עפּיטאַקסיאַל GaN אויף SiC סאַבסטרייץ, עס זענען קייפל מעגלעך אַטאָמישע אָרדענונג אָרדערס אויף די סאַבסטרייט, ריזאַלטינג אין סתירה ערשט אַטאָמישע סטאַקינג סדר פון די עפּיטאַקסיאַל GaN שיכטע אויף עס, וואָס איז פּראָנע צו סטאַקינג חסרונות. סטאַקינג חסרונות (SFs) פאָרשטעלן געבויט-אין עלעקטריק פעלדער צוזאמען די C-אַקס, לידינג צו פּראָבלעמס אַזאַ ווי ליקאַדזש פון אין-פּלאַן טרעגער צעשיידונג דעוויסעס;
✔ די טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט פון SiC סאַבסטרייט איז קלענערער ווי די פון AlN און GaN, וואָס ז אַקיומיאַליישאַן פון טערמאַל דרוק צווישן די עפּיטאַקסיאַל שיכטע און די סאַבסטרייט בעשאַס די קאָאָלינג פּראָצעס. וואַלטערייט און בראַנד פּרעדיקטעד באזירט אויף זייער פאָרשונג רעזולטאַטן אַז דעם פּראָבלעם קענען זיין ילימאַנייטאַד אָדער סאַלווד דורך גראָוינג GaN עפּיטאַקסיאַל לייַערס אויף דין, קאָוכיראַנטלי סטריינד AlN נוקלעאַטיאָן לייַערס;
✔ די פּראָבלעם פון נעבעך וועטטאַביליטי פון גאַ אַטאָמס. ווען גראָוינג GaN עפּיטאַקסיאַל לייַערס גלייַך אויף די סיק ייבערפלאַך, רעכט צו דער נעבעך וועטטאַביליטי צווישן די צוויי אַטאָמס, GaN איז פּראָנע צו 3 ד אינזל וווּקס אויף די סאַבסטרייט ייבערפלאַך. ינטראָודוסינג אַ באַפער שיכטע איז די מערסט קאַמאַנלי געניצט לייזונג צו פֿאַרבעסערן די קוואַליטעט פון עפּיטאַקסיאַל מאַטעריאַלס אין GaN עפּיטאַקסי. ינטראָודוסינג אַן AlN אָדער AlxGa1-xN באַפער שיכטע קענען יפעקטיוולי פֿאַרבעסערן די וועטטאַביליטי פון די SiC ייבערפלאַך און מאַכן די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע וואַקסן אין צוויי דימענשאַנז. אין דערצו, עס קענען אויך רעגולירן דרוק און פאַרמייַדן סאַבסטרייט חסרונות פון יקסטענדינג צו GaN עפּיטאַקסי;
✔ די צוגרייטונג טעכנאָלאָגיע פון SiC סאַבסטרייץ איז ומצייַטיק, די סאַבסטרייט פּרייַז איז הויך, און עס זענען ווייניק סאַפּלייערז און קליין צושטעלן.
Torres et al. ס פאָרשונג ווייזט אַז עטשינג די SiC סאַבסטרייט מיט H2 אין הויך טעמפּעראַטור (1600 ° C) איידער עפּיטאַקסי קענען פּראָדוצירן אַ מער אָרדערד שריט סטרוקטור אויף די סאַבסטרייט ייבערפלאַך, און דערמיט באַקומען אַ העכער קוואַליטעט AlN עפּיטאַקסיאַל פילם ווי ווען עס איז גלייַך. דערוואַקסן אויף דער אָריגינעל סאַבסטרייט ייבערפלאַך. Xie און זיין מאַנשאַפֿט ס פאָרשונג אויך ווייַזן אַז עטשינג פּרעטרעאַטמענט פון די סיליציום קאַרבידע סאַבסטרייט קענען באטייטיק פֿאַרבעסערן די ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגי און קריסטאַל קוואַליטעט פון די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע. סמיט עט על. געפונען אַז טרעדינג דיסלאָוקיישאַנז ערידזשאַנייטינג פֿון די ינטערפייסיז פון די סאַבסטרייט / באַפער שיכטע און באַפער שיכטע / עפּיטאַקסיאַל שיכטע זענען שייַכות צו די פלאַטנאַס פון די סאַבסטרייט [5].
פיגורע 4 TEM מאָרפאָלאָגי פון GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע סאַמפּאַלז דערוואַקסן אויף 6H-SiC סאַבסטרייט (0001) אונטער פאַרשידענע ייבערפלאַך באַהאַנדלונג טנאָים (אַ) כעמישער רייניקונג; (ב) כעמישער רייניקונג + הידראָגען פּלאַזמע באַהאַנדלונג; (C) כעמישער רייניקונג + הידראָגען פּלאַזמע באַהאַנדלונג + 1300 ℃ הידראָגען היץ באַהאַנדלונג פֿאַר 30 מינוט
GaN עפּיטאַקסי אויף סי
קאַמפּערד מיט סיליציום קאַרבידע, סאַפייער און אנדערע סאַבסטרייץ, די סיליציום סאַבסטרייט צוגרייטונג פּראָצעס איז דערוואַקסן, און עס קענען סטאַביל צושטעלן דערוואַקסן גרויס-גרייס סאַבסטרייץ מיט הויך פּרייַז פאָרשטעלונג. אין דער זעלביקער צייט, די טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי און עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי זענען גוט, און די סי עלעקטראָניש מיטל פּראָצעס איז דערוואַקסן. די מעגלעכקייט פון בישליימעס ינטאַגרייטינג אָפּטאָעלעקטראָניק גאַן דעוויסעס מיט סי עלעקטראָניש דעוויסעס אין דער צוקונפֿט אויך מאכט די וווּקס פון גאַן עפּיטאַקסי אויף סיליציום זייער אַטראַקטיוו.
אָבער, רעכט צו דער גרויס חילוק אין לאַטאַס קאַנסטאַנץ צווישן Si סאַבסטרייט און GaN מאַטעריאַל, העטעראַדזשיניאַס עפּיטאַקסי פון GaN אויף Si סאַבסטרייט איז אַ טיפּיש גרויס מיסמאַטש עפּיטאַקסי, און עס אויך דאַרף צו פּנים אַ סעריע פון פּראָבלעמען:
✔ ייבערפלאַך צובינד ענערגיע פּראָבלעם. ווען GaN וואקסט אויף אַ סי סאַבסטרייט, די ייבערפלאַך פון די סי סאַבסטרייט וועט ערשטער זיין ניטרידעד צו פאָרעם אַן אַמאָרפאַס סיליציום ניטריד שיכטע וואָס איז נישט קאַנדוסיוו צו די נוקלעאַטיאָן און וווּקס פון הויך-געדיכטקייַט GaN. אין דערצו, די סי ייבערפלאַך וועט ערשטער קאָנטאַקט גאַ, וואָס וועט קעראָוד די ייבערפלאַך פון די סי סאַבסטרייט. אין הויך טעמפּעראַטורעס, די דיקאַמפּאָוזישאַן פון די סי ייבערפלאַך וועט דיפיוזיז אין די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע צו פאָרעם שוואַרץ סיליציום ספּאַץ.
✔ די לאַטאַס קעסיידערדיק מיסמאַטש צווישן GaN און Si איז גרויס (~ 17%), וואָס וועט פירן צו די פאָרמירונג פון הויך-געדיכטקייַט טרעדינג דיסלאָוקיישאַנז און באטייטיק רעדוצירן די קוואַליטעט פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע;
✔ קאַמפּערד מיט Si, GaN האט אַ גרעסערע טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט (GaN ס טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט איז וועגן 5.6 × 10-6K-1, Si ס טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט איז וועגן 2.6 × 10-6K-1), און קראַקס קען זיין דזשענערייטאַד אין די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע בעשאַס די קאָאָלינג פון די עפּיטאַקסיאַל טעמפּעראַטור צו צימער טעמפּעראַטור;
✔ סי ריאַקץ מיט NH3 אין הויך טעמפּעראַטורעס צו פאָרעם פּאָליקריסטאַללינע SiNx. AlN קען נישט פאָרעם אַ פּרעפערענטשאַלי אָריענטיד קערן אויף פּאָליקריסטאַללינע SiNx, וואָס פירט צו אַ דיסאָרדערד אָריענטירונג פון די דערנאָך דערוואַקסן GaN שיכטע און אַ הויך נומער פון חסרונות, ריזאַלטינג אין אַ נעבעך קריסטאַל קוואַליטעט פון די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע, און אפילו שוועריקייט אין פאָרמינג אַ איין-קריסטאַללינע שיכטע. GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע [6].
אין סדר צו סאָלווע די פּראָבלעם פון גרויס לאַטאַס מיסמאַטש, ריסערטשערז האָבן געפרוווט צו באַקענען מאַטעריאַלס אַזאַ ווי AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO און SiC ווי באַפער לייַערס אויף סי סאַבסטרייץ. כּדי צו ויסמיידן די פאָרמירונג פון פּאָליקריסטאַללינע SiNx און רעדוצירן די אַדווערס יפעקץ אויף די קריסטאַל קוואַליטעט פון GaN/AlN/Si (111) מאַטעריאַלס, טמאַל איז יוזשאַוואַלי פארלאנגט צו זיין באַקענענ פֿאַר אַ זיכער צייט איידער די עפּיטאַקסיאַל וווּקס פון די AlN באַפער שיכטע. צו פאַרמייַדן NH3 פון ריאַקטינג מיט די יקספּאָוזד סי ייבערפלאַך צו פאָרעם SiNx. אין אַדישאַן, עפּיטאַקסיאַל טעקנאַלאַדזשיז אַזאַ ווי מוסטערד סאַבסטרייט טעכנאָלאָגיע קענען זיין געוויינט צו פֿאַרבעסערן די קוואַליטעט פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע. די אַנטוויקלונג פון די טעקנאַלאַדזשיז העלפּס צו ינכיבאַט די פאָרמירונג פון SiNx ביי די עפּיטאַקסיאַל צובינד, העכערן די צוויי-דימענשאַנאַל גראָוט פון די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע און פֿאַרבעסערן די וווּקס קוואַליטעט פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע. אין אַדישאַן, אַן AlN באַפער שיכטע איז באַקענענ צו פאַרגיטיקן די טענסאַל דרוק געפֿירט דורך די חילוק אין טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנץ צו ויסמיידן קראַקס אין די GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע אויף די סיליציום סאַבסטרייט. Krost ס פאָרשונג ווייזט אַז עס איז אַ positive קאָראַליישאַן צווישן די גרעב פון די AlN באַפער שיכטע און די רעדוקציע אין אָנשטרענגונג. ווען די באַפער שיכטע גרעב ריטשאַז 12נם, אַן עפּיטאַקסיאַל שיכטע טיקער ווי 6μם קענען זיין דערוואַקסן אויף אַ סיליציום סאַבסטרייט דורך אַ צונעמען גראָוט סכעמע אָן עפּיטאַקסיאַל שיכטע קראַקינג.
נאָך לאַנג-טערמין השתדלות פון ריסערטשערז, די קוואַליטעט פון GaN עפּיטאַקסיאַל לייַערס דערוואַקסן אויף סיליציום סאַבסטרייץ איז באטייטיק ימפּרוווד, און דעוויסעס אַזאַ ווי פעלד ווירקונג טראַנזיסטערז, Schottky באַריער אַלטראַווייאַליט דעטעקטאָרס, בלוי-גרין לעדס און אַלטראַווייאַליט לייזערז האָבן געמאכט באַטייַטיק פּראָגרעס.
אין קיצער, זינט די קאַמאַנלי געוויינט GaN עפּיטאַקסיאַל סאַבסטרייץ זענען אַלע העטעראַדזשיניאַס עפּיטאַקסי, זיי אַלע האָבן פּראָסט פּראָבלעמס אַזאַ ווי לאַטאַס מיסמאַטש און גרויס דיפעראַנסיז אין טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנץ צו וועריינג דיגריז. כאָומאַדזשיניאַס עפּיטאַקסיאַל גאַן סאַבסטרייץ זענען לימיטעד דורך די צייַטיקייַט פון טעכנאָלאָגיע, און די סאַבסטרייץ האָבן נישט נאָך געווען מאַסע-געשאפן. די פּראָדוקציע פּרייַז איז הויך, די סאַבסטרייט גרייס איז קליין, און די סאַבסטרייט קוואַליטעט איז נישט ידעאַל. די אַנטוויקלונג פון נייַע GaN עפּיטאַקסיאַל סאַבסטרייץ און די פֿאַרבעסערונג פון עפּיטאַקסיאַל קוואַליטעט זענען נאָך איינער פון די וויכטיק סיבות וואָס באַגרענעצן די ווייַטער אַנטוויקלונג פון די GaN עפּיטאַקסיאַל אינדוסטריע.
IV. פּראָסט מעטהאָדס פֿאַר GaN עפּיטאַקסי
MOCVD (כעמיש פארע דעפּאַזישאַן)
עס מיינט אַז כאָומאַדזשיניאַס עפּיטאַקסי אויף GaN סאַבסטרייץ איז דער בעסטער ברירה פֿאַר GaN עפּיטאַקסי. אָבער, זינט די פּריקערסערז פון כעמיש פארע דעפּאַזישאַן זענען טרימעטהילגאַליום און אַמאָוניאַ, און די טרעגער גאַז איז הידראָגען, די טיפּיש MOCVD וווּקס טעמפּעראַטור איז וועגן 1000-1100 ℃, און די וווּקס קורס פון MOCVD איז וועגן אַ ביסל מייקראַנז פּער שעה. עס קענען פּראָדוצירן אַראָפאַנג ינטערפייסיז אויף די אַטאָמישע מדרגה, וואָס איז זייער פּאַסיק פֿאַר גראָוינג העטעראָדזשונקשאַנז, קוואַנטום וועלז, סופּערלאַטאַסאַז און אנדערע סטראַקטשערז. זיין שנעל וווּקס קורס, גוט יונאַפאָרמאַטי און פּאַסיק פֿאַר גרויס-שטח און מאַלטי-שטיק גראָוט זענען אָפט געניצט אין ינדאַסטרי פּראָדוקציע.
MBE (מאָלעקולאַר שטראַל עפּיטאַקסיע)
אין מאָלעקולאַר שטראַל עפּיטאַקסי, גאַ ניצט אַן עלעמענטאַל מקור, און אַקטיוו ניטראָגען איז באקומען פון ניטראָגען דורך רף פּלאַזמע. קאַמפּערד מיט די MOCVD אופֿן, די MBE גראָוט טעמפּעראַטור איז וועגן 350-400 ℃ נידעריקער. דער נידעריקער גראָוט טעמפּעראַטור קענען ויסמיידן זיכער פאַרפּעסטיקונג וואָס קען זיין געפֿירט דורך הויך טעמפּעראַטור ינווייראַנמאַנץ. די MBE סיסטעם אַפּערייץ אונטער הינטער-הויך וואַקוום, וואָס אַלאַוז עס צו ויסשטימען מער אין-סיטו דיטעקשאַן מעטהאָדס. אין דער זעלביקער צייט, זייַן וווּקס קורס און פּראָדוקציע קאַפּאַציטעט קענען ניט זיין קאַמפּערד מיט MOCVD, און עס איז מער געניצט אין וויסנשאפטלעכע פאָרשונג [7].
פיגורע 5 (אַ) עקאָ-מבע סכעמאַטיש (ב) מבע הויפּט אָפּרוף קאַמער סכעמאַטיש
HVPE אופֿן (הידריד פארע פאַסע עפּיטאַקסי)
די פּריקערסערז פון די כיידרייד פארע פאַסע עפּיטאַקסי אופֿן זענען GaCl3 און NH3. דעטשפּראָהם עט על. געוויינט דעם אופֿן צו וואַקסן אַ GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע הונדערטער פון מייקראַנז דיק אויף די ייבערפלאַך פון אַ סאַפייער סאַבסטרייט. אין זייער עקספּערימענט, אַ פּלאַסט פון זנאָ איז דערוואַקסן צווישן די סאַפייער סאַבסטרייט און די עפּיטאַקסיאַל שיכטע ווי אַ באַפער שיכטע, און די עפּיטאַקסיאַל שיכטע איז געווען פּילד אַוועק פון די סאַבסטרייט ייבערפלאַך. קאַמפּערד מיט MOCVD און MBE, די הויפּט שטריך פון די HVPE אופֿן איז זייַן הויך גראָוט קורס, וואָס איז פּאַסיק פֿאַר די פּראָדוקציע פון דיק לייַערס און פאַרנעם מאַטעריאַלס. אָבער, ווען די גרעב פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע יקסידז 20μם, די עפּיטאַקסיאַל שיכטע געשאפן דורך דעם אופֿן איז פּראָנע צו קראַקס.
Akira USUI ינטראָודוסט מוסטערד סאַבסטרייט טעכנאָלאָגיע באזירט אויף דעם אופֿן. זיי ערשטער געוואקסן אַ דין 1-1.5μם דיק GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע אויף אַ סאַפייער סאַבסטרייט מיט די MOCVD אופֿן. די עפּיטאַקסיאַל שיכטע קאָנסיסטעד פון אַ 20 נם דיק גאַן באַפער שיכטע דערוואַקסן אונטער נידעריק טעמפּעראַטור טנאָים און אַ גאַן שיכטע דערוואַקסן אונטער הויך טעמפּעראַטור טנאָים. דערנאָך, ביי 430 ℃, אַ פּלאַסט פון SiO2 איז געווען פּלייטאַד אויף די ייבערפלאַך פון די עפּיטאַקסיאַל שיכטע, און פֿענצטער סטריפּס זענען געמאכט אויף די SiO2 פילם דורך פאָטאָליטאָגראַפי. די פּאַס ספּייסינג איז געווען 7μם און די מאַסקע ברייט ריינדזשד פון 1μם צו 4μם. נאָך דעם פֿאַרבעסערונג, זיי באקומען אַ GaN עפּיטאַקסיאַל שיכטע אויף אַ 2-אינטש דיאַמעטער סאַפייער סאַבסטרייט וואָס איז געווען פּלאַצן-פריי און גלאַט ווי אַ שפּיגל אפילו ווען די גרעב געוואקסן צו טענס אָדער אפילו הונדערטער פון מייקראַנז. די דעפעקט געדיכטקייַט איז רידוסט פון 109-1010 סענטימעטער -2 פון די טראדיציאנעלן הוופּע אופֿן צו וועגן 6 × 107 סענטימעטער -2. זיי אויך אנגעוויזן אין דער עקספּערימענט אַז ווען די וווּקס קורס יקסידיד 75μם / ה, די מוסטער ייבערפלאַך וואָלט ווערן פּראָסט [8].
פיגורע 6 גראַפיקאַל סאַבסטרייט סכעמאַטיק
V. קיצער און אַוטלוק
GaN מאַטעריאַלס אנגעהויבן צו אַרויסקומען אין 2014 ווען די בלוי ליכט געפירט וואַן די נאָבעל פרייז אין פיזיק אַז יאָר, און אריין דעם ציבור ס פעלד פון שנעל טשאַרדזשינג אַפּלאַקיישאַנז אין די קאַנסומער עלעקטראָניק פעלד. אין פאַקט, אַפּלאַקיישאַנז אין די מאַכט אַמפּלאַפייערז און רף דעוויסעס געניצט אין 5G באַזע סטיישאַנז וואָס רובֿ מענטשן קענען נישט זען זענען אויך שטיל ימערדזשד. אין די לעצטע יאָרן, די ברייקטרו פון GaN-באזירט אָטאַמאָוטיוו-מיינונג מאַכט דעוויסעס איז געריכט צו עפֿענען נייַע וווּקס פונקטן פֿאַר די GaN מאַטעריאַל אַפּלאַקיישאַן מאַרק.
די ריזיק מאַרק פאָדערונג וועט שורלי העכערן די אַנטוויקלונג פון GaN-פֿאַרבונדענע ינדאַסטריז און טעקנאַלאַדזשיז. מיט דער צייַטיקייַט און פֿאַרבעסערונג פון די GaN-פֿאַרבונדענע ינדאַסטרי קייט, די פּראָבלעמס פייסט דורך די קראַנט GaN עפּיטאַקסיאַל טעכנאָלאָגיע וועט יווענטשאַוואַלי זיין ימפּרוווד אָדער באַקומען. אין דער צוקונפֿט, מענטשן וועלן שורלי אַנטוויקלען מער נייַע עפּיטאַקסיאַל טעקנאַלאַדזשיז און מער ויסגעצייכנט סאַבסטרייט אָפּציעס. דערנאָך, מענטשן וועלן קענען צו קלייַבן די מערסט פּאַסיק פונדרויסנדיק פאָרשונג טעכנאָלאָגיע און סאַבסטרייט פֿאַר פאַרשידענע אַפּלאַקיישאַן סינעריאָוז לויט די קעראַקטעריסטיקס פון די אַפּלאַקיישאַן סינעריאָוז און פּראָדוצירן די מערסט קאַמפּעטיטיוו קאַסטאַמייזד פּראָדוקטן.
פּאָסטן צייט: יוני 28-2024