Technológia epitaxie s nízkou teplotou GAN

1. Dôležitosť materiálov založených na GAN

Polovičkové materiály na báze GAN sa široko používajú pri príprave optoelektronických zariadení, elektronických zariadení elektronických a rádiových frekvenčných mikrovlnných zariadení kvôli ich vynikajúcim vlastnostiam, ako sú napríklad široké charakteristiky pásma, vysoká sila poľa a vysoká tepelná vodivosť. Tieto zariadenia sa široko používajú v odvetviach, ako sú polovodičové osvetlenie, ultrafialové zdroje svetla v tuhom stave, solárne fotovoltaiky, laserové zobrazenie, flexibilné obrazovky displeja, mobilná komunikácia, elektrárne, nové energetické vozidlá, inteligentné mriežky atď. A technológia a trh sa stávajú zrelejšími.

Obmedzenia tradičnej technológie epitaxie

Tradičné technológie epitaxného rastu pre materiály na báze GAN, ako napríkladMocvdaMbeZvyčajne si vyžadujú vysoké teplotné podmienky, ktoré sa nevzťahujú na amorfné substráty, ako sú sklo a plasty, pretože tieto materiály nemôžu odolať vyšším rastovým teplotám. Napríklad bežne používané plavákové sklo zjemní za podmienok presahujúcich 600 ° C. Dopyt po nízkej teplotetechnológia epitaxie: S rastúcim dopytom po lacných a flexibilných optoelektronických (elektronických) zariadeniach existuje dopyt po epitaxiálnom zariadení, ktoré využívajú vonkajšiu energiu elektrického poľa na prekurovanie reakčných prekurzorov pri nízkych teplotách. Táto technológia sa môže vykonávať pri nízkych teplotách, prispôsobiť sa charakteristikám amorfných substrátov a poskytnúť možnosť prípravy lacných a flexibilných (optoelektronických) zariadení.

2. Kryštalická štruktúra materiálov na báze GAN

Kryštálová štruktúra

Materiály na báze GAN zahŕňajú hlavne GAN, Inn, ALN a ich ternárne a kvartérne tuhé roztoky, s tromi kryštálovými štruktúrami wurtzitu, sfaleritu a skalnej soli, medzi ktorými je najstabilnejšia štruktúra Wurtzite. Sphaleritová štruktúra je metastabilná fáza, ktorá sa môže pri vysokej teplote transformovať na štruktúru wurtzitu a môže existovať v štruktúre wurtzitu vo forme stohovacích porúch pri nižších teplotách. Štruktúra skalnej soli je vysokotlaková fáza GAN a môže sa objaviť iba za extrémne vysokých tlakových podmienok.

Charakterizácia kryštálových rovín a kvalita kryštálov

Bežné kryštálové roviny zahŕňajú polárnu C-rovinu, polo-polárnu S-rovinu, rovinu R, N-rovinu a nepolárne A-rovina a m-rovina. Tenké filmy založené na GAN získané epitaxiou na sfériách a substrátoch SI sú zvyčajne orientácie kryštálov v rovine C.

3. Požiadavky na technológiu epitaxie a riešenia implementácie

Nevyhnutnosť technologických zmien

Vďaka rozvoju informatizácie a inteligencie je dopyt po optoelektronických zariadeniach a elektronických zariadeniach tendencia byť lacný a flexibilný. Na uspokojenie týchto potrieb je potrebné zmeniť existujúcu epitaxiálnu technológiu materiálov založených na GAN, najmä na vývoj epitaxnej technológie, ktorá sa môže vykonávať pri nízkych teplotách, aby sa prispôsobila charakteristikám amorfných substrátov.

Vývoj epitaxnej technológie s nízkou teplotou

Epitaxiálna technológia s nízkou teplotou založená na princípochfyzické ukladanie pár (PVD)aukladanie chemickej pary (CVD), vrátane reaktívneho magnetrónového rozprašovania, plazmatického MBE (PA-MBE), pulzného laserového depozície (PLD), pulzného rozprašovacieho depozície (PSD), laserom podporovaného MBE (LMBE), vzdialeného PLASMA CVD (RPCVD), MIGRAVED AFROND AFRE-GLOW CVD (MEA-CVD), vzdialená PLASMA (RPCVD). Aktivita zvýšená MOCVD (REMOCVD), plazmatická rezonancia elektrónovej cyklotrónovej rezonancie zvýšená MOCVD (ECR-PEMOCVD) a induktívne spojené plazmatické MOCVD (ICP-MOCVD) atď.

4. Technológia epitaxie s nízkou teplotou založená na princípe PVD

Typy technológií

Vrátane reaktívneho magnetrónového rozprašovania, MBE podporovaného plazmou (PA-MBE), pulzného laserového depozície (PLD), pulzného rozprašovacieho ukladania (PSD) a laserom MBE (LMBE).

Technické vlastnosti

Tieto technológie poskytujú energiu pomocou spojenia vonkajšieho poľa na ionizáciu zdroja reakcie pri nízkej teplote, čím sa znižuje jej krakovacia teplota a dosiahne nízku teplotu epitaxného rastu materiálov na báze GAN. Napríklad technológia rozprašovania reaktívneho magnetrónu zavádza magnetické pole počas procesu rozprašovania na zvýšenie kinetickej energie elektrónov a zvýšenie pravdepodobnosti kolízie s N2 a AR na zvýšenie rozprašovania cieľa. Zároveň môže tiež obmedziť plazmu s vysokou hustotou nad cieľom a znížiť bombardovanie iónov na substráte.

Výziev

Aj keď vývoj týchto technológií umožnil prípravu lacných a flexibilných optoelektronických zariadení, čelia tiež výzvam z hľadiska kvality rastu, zložitosti a nákladov zariadenia. Napríklad technológia PVD zvyčajne vyžaduje vysoký stupeň vákua, ktorý môže účinne potláčať predreagovanie a zaviesť niektoré monitorovacie zariadenia in situ, ktoré musia pracovať pri vysokom vákuu (ako je Rhoed, langmuirová sonda atď.), Ale zvyšuje ťažkosti s uniformným ukladaním veľkej oblasti a prevádzkovacími nákladmi na vysokú váhu je vysoká.

5. Epitaxiálna technológia s nízkou teplotou založená na princípe CVD

Typy technológií

Vrátane diaľkového plazmatického CVD (RPCVD), migrácie zvýšenej ceny CVD (MEA-CVD), MOCVD vylepšená diaľkovým plazmou (RPEMOCVD), MOCVD zvýšená aktivita (ECR-PEMOCVD) a INDOCTIVETNÁ COUPASMA CYCLONASMA RESONANCE PLASMA.

Technické výhody

Tieto technológie dosahujú rast polovodičových materiálov III-nitridov, ako sú GAN a Inn, pri nižších teplotách pomocou rôznych plazmatických zdrojov a reakčných mechanizmov, ktoré vedú k jednotnému ukladaniu a zníženiu nákladov a znížením nákladov. Napríklad technológia diaľkového plazmatického CVD (RPCVD) používa zdroj ECR ako generátor plazmy, ktorý je nízkotlakovým plazmovým generátorom, ktorý môže generovať plazmu s vysokou hustotou. Súčasne je prostredníctvom technológie plazmatickej luminiscenčnej spektroskopie (OES) spektrum 391 nM spojené s N2+ takmer nedetegovateľné nad substrátom, čím sa znižuje bombardovanie povrchu vzorky povrchom vysoko energetických iónov.

Zlepšiť kvalitu kryštálov

Kvalita kryštálu epitaxnej vrstvy sa zlepšuje účinným filtrovaním vysokoenergetických nabitých častíc. Napríklad technológia MEA-CVD využíva zdroj HCP na nahradenie zdroja RPCVD v plazme ECR, vďaka čomu je vhodnejšia na generovanie plazmy s vysokou hustotou. Výhodou zdroja HCP je to, že neexistuje kontaminácia kyslíka spôsobená kremenným dielektrickým oknom a má vyššiu hustotu plazmy ako zdroj kapacitnej väzby (CCP).

6. Zhrnutie a výhľad

Aktuálny stav technológie epitaxie s nízkou teplotou

Prostredníctvom výskumu a analýzy literatúry je načrtnutý súčasný stav technológie epitaxie s nízkou teplotou vrátane technických charakteristík, štruktúry zariadení, pracovných podmienok a experimentálnych výsledkov. Tieto technológie poskytujú energiu prostredníctvom spojenia vonkajšieho poľa, účinne znižujú rastovú teplotu, prispôsobujú sa charakteristikám amorfných substrátov a poskytujú možnosť prípravy lacných a flexibilných (OPTO) elektronických zariadení.

Budúce smery výskumu

Technológia epitaxie s nízkou teplotou má rozsiahle vyhliadky na aplikáciu, ale stále je v prieskumnej fáze. Vyžaduje si hĺbkový výskum z zariadení a aspektov procesov na riešenie problémov v inžinierskych aplikáciách. Napríklad je potrebné ďalej študovať, ako získať plazmu s vyššou hustotou pri zvažovaní problému filtrovania iónov v plazme; ako navrhnúť štruktúru homogenizácie plynu na účinné potlačenie predbežnej reakcie v dutine pri nízkych teplotách; Ako navrhnúť ohrievač nízkoteplotných epitaxiálnych zariadení, aby sa zabránilo iskľovaniu alebo elektromagnetickým poliam ovplyvňujúcim plazmu pri špecifickom tlaku dutiny.

Očakávaný príspevok

Očakáva sa, že táto oblasť sa stane potenciálnym smerom rozvoja a významne prispeje k rozvoju ďalšej generácie optoelektronických zariadení. S príťažlivou pozornosť a energickou podporou výskumných pracovníkov sa táto oblasť v budúcnosti rozrástla v potenciálny rozvojový smer a významne prispieva k rozvoju ďalšej generácie (optoelektronických) zariadení.