Teknologi epitaxy suhu rendah berasaskan GAN

1. Kepentingan bahan berasaskan GAN

Bahan semikonduktor berasaskan GAN digunakan secara meluas dalam penyediaan peranti optoelektronik, peranti elektronik kuasa dan peranti gelombang mikro frekuensi radio kerana sifat-sifat yang sangat baik seperti ciri-ciri bandgap yang luas, kekuatan medan pecahan yang tinggi dan kekonduksian terma yang tinggi. Peranti ini telah digunakan secara meluas dalam industri seperti pencahayaan semikonduktor, sumber cahaya ultraviolet pepejal, fotovoltaik solar, paparan laser, skrin paparan fleksibel, komunikasi mudah alih, bekalan kuasa, kenderaan tenaga baru, grid pintar, dan lain-lain, dan teknologi dan pasaran menjadi lebih matang.

Batasan Teknologi Epitaxy Tradisional

Teknologi pertumbuhan epitaxial tradisional untuk bahan berasaskan GAN sepertiMOCvddanMbeBiasanya memerlukan keadaan suhu yang tinggi, yang tidak digunakan untuk substrat amorf seperti kaca dan plastik kerana bahan -bahan ini tidak dapat menahan suhu pertumbuhan yang lebih tinggi. Sebagai contoh, kaca terapung yang biasa digunakan akan melembutkan di bawah keadaan melebihi 600 ° C. Permintaan untuk suhu rendahTeknologi Epitaxy: Dengan peningkatan permintaan untuk peranti optoelektronik (elektronik) yang murah dan fleksibel, terdapat permintaan untuk peralatan epitaxial yang menggunakan tenaga medan elektrik luaran untuk memecahkan prekursor reaksi pada suhu rendah. Teknologi ini boleh dijalankan pada suhu rendah, menyesuaikan diri dengan ciri-ciri substrat amorf, dan menyediakan kemungkinan menyediakan peranti kos rendah dan fleksibel (optoelektronik).

2. Struktur kristal bahan berasaskan GAN

Jenis struktur kristal

Bahan-bahan berasaskan GAN terutamanya termasuk GAN, INN, ALN dan penyelesaian pepejal ternary dan Quaternary mereka, dengan tiga struktur kristal wurtzite, sphalerite dan garam batu, di antaranya struktur wurtzite adalah yang paling stabil. Struktur sphalerite adalah fasa metastable, yang boleh diubah menjadi struktur wurtzite pada suhu tinggi, dan boleh wujud dalam struktur wurtzite dalam bentuk kesalahan menyusun pada suhu yang lebih rendah. Struktur garam batu adalah fasa tekanan tinggi GAN dan hanya boleh muncul di bawah keadaan tekanan yang sangat tinggi.

Pencirian pesawat kristal dan kualiti kristal

Pesawat kristal biasa termasuk Polar C-Plane, S-Plane Semi-Polar, R-Plane, N-Plane, dan Non-Polar A-Plane dan M-Plane. Biasanya, filem-filem nipis berasaskan GAN yang diperolehi oleh epitaxy pada substrat nilam dan Si adalah orientasi kristal C-plane.

3. Keperluan Teknologi Epitaxy dan Penyelesaian Pelaksanaan

Keperluan perubahan teknologi

Dengan perkembangan maklumat dan kecerdasan, permintaan untuk peranti optoelektronik dan peranti elektronik cenderung kos rendah dan fleksibel. Untuk memenuhi keperluan ini, adalah perlu untuk mengubah teknologi epitaxial bahan-bahan berasaskan GAN yang sedia ada, terutamanya untuk membangunkan teknologi epitaxial yang boleh dilakukan pada suhu rendah untuk menyesuaikan diri dengan ciri-ciri substrat amorf.

Pembangunan teknologi epitaxial suhu rendah

Teknologi epitaxial suhu rendah berdasarkan prinsippemendapan wap fizikal (Pvd)danpemendapan wap kimia (Cvd), termasuk sputtering magnetron reaktif, MBE yang dibantu plasma (PA-MBE), pemendapan laser berdenyut (PLD), pemendapan migran (PLD), CVD (RPCVD), CVD-CVD (RPCVD), CVD-CVD (RPCVD), CVD), CVD), CVD CVD (RPCVD) (RPEMOCVD), aktiviti MOCVD (REMOCVD) yang dipertingkatkan, plasma siklotron resonans mocVD (ECR-PEMOCVD) dan plasma mocVD plasma (ICP-MOCVD), dan sebagainya.

4. Teknologi Epitaxy Suhu Rendah Berdasarkan Prinsip Pvd

Jenis Teknologi

Termasuk sputtering magnetron reaktif, MBE dibantu plasma (PA-MBE), pemendapan laser berdenyut (PLD), pemendapan sputtering berdenyut (JPA) dan MBE dibantu laser (LMBE).

Ciri teknikal

Teknologi ini memberikan tenaga dengan menggunakan gandingan medan luaran untuk mengionkan sumber tindak balas pada suhu rendah, dengan itu mengurangkan suhu retak dan mencapai pertumbuhan epitaxial suhu rendah bahan berasaskan GAN. Sebagai contoh, teknologi sputtering magnetron reaktif memperkenalkan medan magnet semasa proses sputtering untuk meningkatkan tenaga kinetik elektron dan meningkatkan kebarangkalian perlanggaran dengan N2 dan AR untuk meningkatkan sasaran sputtering. Pada masa yang sama, ia juga boleh mengurung plasma berkepadatan tinggi di atas sasaran dan mengurangkan pengeboman ion pada substrat.

Cabaran

Walaupun perkembangan teknologi ini telah memungkinkan untuk menyediakan peranti optoelektronik kos rendah dan fleksibel, mereka juga menghadapi cabaran dari segi kualiti pertumbuhan, kerumitan peralatan dan kos. Sebagai contoh, teknologi PVD biasanya memerlukan ijazah vakum yang tinggi, yang secara berkesan dapat menindas pra-reaksi dan memperkenalkan beberapa peralatan pemantauan dalam-situ yang mesti berfungsi di bawah vakum yang tinggi (seperti Rheed, Probe Langmuir, dll.

5. Teknologi epitaxial suhu rendah berdasarkan prinsip Cvd

Jenis Teknologi

Termasuk plasma jauh CVD (RPCVD), penghijrahan yang dipertingkatkan selepas CVD (MEA-CVD), plasma plasma yang dipertingkatkan mocVD (RPEMOCVD) MOCVD (ICP-MOCVD).

Kelebihan Teknikal

Teknologi-teknologi ini mencapai pertumbuhan bahan semikonduktor III-nitrida seperti GaN dan Inn pada suhu yang lebih rendah dengan menggunakan sumber plasma dan mekanisme tindak balas yang berbeza, yang kondusif untuk pemendapan seragam kawasan besar dan pengurangan kos. Sebagai contoh, teknologi CVD plasma jauh (RPCVD) menggunakan sumber ECR sebagai penjana plasma, yang merupakan penjana plasma tekanan rendah yang boleh menghasilkan plasma berkepadatan tinggi. Pada masa yang sama, melalui teknologi spektroskopi luminescence plasma (OES), spektrum 391 nm yang dikaitkan dengan N2+ hampir tidak dapat dikesan di atas substrat, dengan itu mengurangkan pengeboman permukaan sampel oleh ion tenaga tinggi.

Meningkatkan kualiti kristal

Kualiti kristal lapisan epitaxial diperbaiki dengan berkesan menapis zarah-zarah yang dikenakan tenaga tinggi. Sebagai contoh, teknologi MEA-CVD menggunakan sumber HCP untuk menggantikan sumber plasma ECR RPCVD, menjadikannya lebih sesuai untuk menghasilkan plasma berkepadatan tinggi. Kelebihan sumber HCP ialah tiada pencemaran oksigen yang disebabkan oleh tetingkap dielektrik kuarza, dan ia mempunyai ketumpatan plasma yang lebih tinggi daripada sumber plasma gandingan kapasitif (CCP).

6. Ringkasan dan Tinjauan

Status teknologi epitaxy suhu rendah

Melalui penyelidikan dan analisis sastera, status semasa teknologi epitaxy suhu rendah digariskan, termasuk ciri-ciri teknikal, struktur peralatan, keadaan kerja dan hasil eksperimen. Teknologi ini menyediakan tenaga melalui gandingan medan luaran, dengan berkesan mengurangkan suhu pertumbuhan, menyesuaikan diri dengan ciri-ciri substrat amorf, dan menyediakan kemungkinan menyediakan peranti elektronik kos rendah dan fleksibel (opto).

Arahan penyelidikan masa depan

Teknologi epitaxy suhu rendah mempunyai prospek aplikasi yang luas, tetapi masih dalam peringkat penerokaan. Ia memerlukan penyelidikan mendalam dari kedua-dua aspek peralatan dan proses untuk menyelesaikan masalah dalam aplikasi kejuruteraan. Sebagai contoh, adalah perlu untuk mengkaji lebih lanjut bagaimana untuk mendapatkan plasma ketumpatan yang lebih tinggi sambil mempertimbangkan masalah penapisan ion dalam plasma; bagaimana untuk mereka bentuk struktur peranti homogenisasi gas untuk menindas pra-reaksi dengan berkesan dalam rongga pada suhu rendah; Bagaimana untuk merancang pemanas peralatan epitaxial suhu rendah untuk mengelakkan percikan atau medan elektromagnet yang mempengaruhi plasma pada tekanan rongga tertentu.

Sumbangan yang dijangkakan

Diharapkan bidang ini akan menjadi arah pembangunan yang berpotensi dan membuat sumbangan penting kepada pembangunan generasi akan datang peranti optoelektronik. Dengan perhatian yang tajam dan promosi penyelidik yang kuat, bidang ini akan berkembang menjadi arah pembangunan yang berpotensi pada masa akan datang dan membuat sumbangan penting kepada pembangunan peranti generasi (optoelektronik) yang akan datang.