Ang teknolohiya ng mababang-temperatura na batay sa GaN

1. Ang kahalagahan ng mga materyales na nakabase sa GaN

Ang mga materyales na semiconductor na nakabase sa GaN ay malawakang ginagamit sa paghahanda ng mga aparato ng optoelectronic, mga aparato ng elektronikong kuryente at mga aparato ng dalas ng radyo na microwave dahil sa kanilang mahusay na mga katangian tulad ng malawak na mga katangian ng bandgap, mataas na lakas ng patlang ng breakdown at mataas na thermal conductivity. Ang mga aparatong ito ay malawakang ginagamit sa mga industriya tulad ng semiconductor lighting, solid-state ultraviolet light mapagkukunan, solar photovoltaics, laser display, nababaluktot na mga screen ng display, mobile na komunikasyon, mga suplay ng kuryente, mga bagong sasakyan ng enerhiya, matalinong grids, atbp, at ang teknolohiya at merkado ay nagiging mas mature.

Mga limitasyon ng tradisyunal na teknolohiya ng epitaxy

Tradisyonal na mga teknolohiya ng paglago ng epitaxial para sa mga materyales na batay sa GaN tulad ngMocvdatMBEKaraniwan ay nangangailangan ng mataas na mga kondisyon ng temperatura, na hindi naaangkop sa mga amorphous substrate tulad ng baso at plastik dahil ang mga materyales na ito ay hindi makatiis ng mas mataas na temperatura ng paglago. Halimbawa, ang karaniwang ginagamit na float glass ay mapapalambot sa ilalim ng mga kondisyon na higit sa 600 ° C. Demand para sa mababang temperaturaEpitaxy Technology) Ang teknolohiyang ito ay maaaring isagawa sa mababang temperatura, pag-adapt sa mga katangian ng mga amorphous substrate, at nagbibigay ng posibilidad na maghanda ng mababang gastos at nababaluktot (optoelectronic) na aparato.

2. Crystal na istraktura ng mga materyales na batay sa GaN

Uri ng istraktura ng kristal

Ang mga materyales na nakabase sa GaN ay pangunahing kasama ang GaN, Inn, Aln at ang kanilang mga ternary at quaternary solid solution, na may tatlong mga istruktura ng kristal ng wurtzite, sphalerite at rock salt, na kung saan ang istraktura ng wurtzite ay ang pinaka-matatag. Ang istraktura ng sphalerite ay isang metastable phase, na maaaring mabago sa istraktura ng wurtzite sa mataas na temperatura, at maaaring umiiral sa istraktura ng wurtzite sa anyo ng mga nakalagay na mga pagkakamali sa mas mababang temperatura. Ang istraktura ng asin ng bato ay ang high-pressure phase ng GaN at maaari lamang lumitaw sa ilalim ng sobrang mataas na mga kondisyon ng presyon.

Ang pagkilala sa mga eroplano ng kristal at kalidad ng kristal

Ang mga karaniwang eroplano ng kristal ay kasama ang polar c-eroplano, semi-polar S-eroplano, R-eroplano, N-eroplano, at non-polar a-eroplano at M-eroplano. Karaniwan, ang mga manipis na pelikula na nakabase sa GaN na nakuha ng epitaxy sa sapiro at SI substrates ay mga orientation na C-Plane crystal.

3. Mga kinakailangan sa teknolohiya ng Epitaxy at mga solusyon sa pagpapatupad

Pangangailangan ng pagbabago sa teknolohikal

Sa pag-unlad ng impormasyon at katalinuhan, ang demand para sa mga optoelectronic na aparato at mga elektronikong aparato ay may posibilidad na maging mababang gastos at nababaluktot. Upang matugunan ang mga pangangailangan na ito, kinakailangan na baguhin ang umiiral na teknolohiya ng epitaxial ng mga materyales na batay sa GaN, lalo na upang makabuo ng epitaxial na teknolohiya na maaaring isagawa sa mababang temperatura upang umangkop sa mga katangian ng mga amorphous substrate.

Pag-unlad ng teknolohiyang epitaxial na may mababang temperatura

Ang mababang-temperatura na epitaxial na teknolohiya batay sa mga prinsipyo ngPag -aalis ng pisikal na singaw (PVD)atkemikal na pag -aalis ng singaw (CVD), kabilang ang reaktibo na magnetron sputtering, tinulungan ng plasma na MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD), laser-assisted mBe (lmbe), remote plasma cvd (rpcvd), migration encolged afterglow cvd (mea-cvd), remote plasma enhenced mocvd .

4. Teknolohiya ng mababang temperatura na epitaxy batay sa prinsipyo ng PVD

Mga uri ng teknolohiya

Kabilang ang reaktibo na magnetron sputtering, tinulungan ng plasma na MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD) at laser-assisted MBE (LMBE).

Mga Teknikal na Tampok

Ang mga teknolohiyang ito ay nagbibigay ng enerhiya sa pamamagitan ng paggamit ng panlabas na pagsasama ng patlang upang i-ionize ang mapagkukunan ng reaksyon sa mababang temperatura, sa gayon binabawasan ang temperatura ng pag-crack nito at pagkamit ng mababang temperatura na paglaki ng mga materyales na batay sa GaN. Halimbawa, ang reaktibo na teknolohiya ng sputtering ng magnetron ay nagpapakilala ng isang magnetic field sa panahon ng proseso ng sputtering upang madagdagan ang kinetic energy ng mga electron at dagdagan ang posibilidad ng pagbangga sa N2 at AR upang mapahusay ang target na sputtering. Kasabay nito, maaari rin itong makulong ang high-density plasma sa itaas ng target at bawasan ang pambobomba ng mga ion sa substrate.

Mga hamon

Bagaman posible ang pag-unlad ng mga teknolohiyang ito upang maghanda ng mababang gastos at nababaluktot na mga aparato ng optoelectronic, nahaharap din sila sa mga hamon sa mga tuntunin ng kalidad ng paglago, pagiging kumplikado ng kagamitan at gastos. Halimbawa, ang teknolohiya ng PVD ay karaniwang nangangailangan ng isang mataas na degree sa vacuum, na maaaring epektibong sugpuin ang pre-reaksyon at ipakilala ang ilang mga kagamitan sa pagsubaybay sa in-situ na dapat gumana sa ilalim ng mataas na vacuum (tulad ng RHEED, Langmuir probe, atbp.), Ngunit pinatataas nito ang kahirapan ng malaking-area na uniporme na pag-aalis, at ang operasyon at pagpapanatili ng gastos ng mataas na vacuum ay mataas.

5. Mababang teknolohiya ng epitaxial na teknolohiya batay sa prinsipyo ng CVD

Mga uri ng teknolohiya

Kasama ang Remote Plasma CVD (RPCVD), Pag-migrate ng Migration Afterglow CVD (MEA-CVD), Remote Plasma Enhanced MOCVD (RPEMOCVD), Aktibidad Pinahusay na MOCVD (REMOCVD), Electron Cyclotron Resonance Plasma Enhanced MOCVD (ECR-PEMOCVD) at Inductively Coupled Plasma MOCVD (ICP-MOCVD).

Mga bentahe sa teknikal

Ang mga teknolohiyang ito ay nakamit ang paglaki ng mga materyales na semiconductor ng III-nitride tulad ng GaN at Inn sa mas mababang temperatura sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang mga mapagkukunan ng plasma at mga mekanismo ng reaksyon, na naaayon sa malaking lugar na pantay na pag-aalis at pagbawas sa gastos. Halimbawa, ang teknolohiyang Remote Plasma CVD (RPCVD) ay gumagamit ng isang mapagkukunan ng ECR bilang isang generator ng plasma, na kung saan ay isang mababang presyon ng plasma na maaaring makabuo ng high-density plasma. Kasabay nito, sa pamamagitan ng teknolohiya ng plasma luminescence spectroscopy (OES), ang 391 nm spectrum na nauugnay sa N2+ ay halos hindi malilimutan sa itaas ng substrate, sa gayon binabawasan ang pagbomba ng sample na ibabaw ng mga ions na may mataas na enerhiya.

Pagbutihin ang kalidad ng kristal

Ang kalidad ng kristal ng epitaxial layer ay pinabuting sa pamamagitan ng epektibong pag-filter ng mga high-energy na sisingilin na mga particle. Halimbawa, ang teknolohiyang MEA-CVD ay gumagamit ng isang mapagkukunan ng HCP upang mapalitan ang mapagkukunan ng plasma ng ECR ng RPCVD, na ginagawang mas angkop para sa pagbuo ng high-density plasma. Ang bentahe ng mapagkukunan ng HCP ay walang kontaminasyon ng oxygen na dulot ng window ng quartz dielectric, at mayroon itong mas mataas na density ng plasma kaysa sa capacitive pagkabit (CCP) na mapagkukunan ng plasma.

6. Buod at pananaw

Ang kasalukuyang katayuan ng teknolohiyang mababang-temperatura na epitaxy

Sa pamamagitan ng pananaliksik at pagsusuri sa panitikan, ang kasalukuyang katayuan ng teknolohiyang epitaxy ng mababang temperatura ay nakabalangkas, kabilang ang mga teknikal na katangian, istraktura ng kagamitan, mga kondisyon sa pagtatrabaho at mga resulta ng eksperimentong. Ang mga teknolohiyang ito ay nagbibigay ng enerhiya sa pamamagitan ng panlabas na pagsasama ng larangan, epektibong mabawasan ang temperatura ng paglago, umangkop sa mga katangian ng mga amorphous substrates, at nagbibigay ng posibilidad na maghanda ng mga murang gastos at nababaluktot (opto) na mga elektronikong aparato.

Mga direksyon sa pananaliksik sa hinaharap

Ang teknolohiya ng mababang-temperatura na epitaxy ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon, ngunit nasa yugto pa rin ito ng exploratory. Nangangailangan ito ng malalim na pananaliksik mula sa parehong mga kagamitan at proseso ng mga aspeto upang malutas ang mga problema sa mga aplikasyon ng engineering. Halimbawa, kinakailangan upang higit pang pag -aralan kung paano makakuha ng isang mas mataas na density ng plasma habang isinasaalang -alang ang problema sa pag -filter ng ion sa plasma; kung paano idisenyo ang istraktura ng aparato ng homogenization ng gas upang epektibong sugpuin ang pre-reaksyon sa lukab sa mababang temperatura; Paano idisenyo ang pampainit ng mababang-temperatura na epitaxial na kagamitan upang maiwasan ang sparking o electromagnetic field na nakakaapekto sa plasma sa isang tiyak na presyon ng lukab.

Inaasahang kontribusyon

Inaasahan na ang patlang na ito ay magiging isang potensyal na direksyon ng pag -unlad at gumawa ng mahalagang mga kontribusyon sa pagbuo ng susunod na henerasyon ng mga aparato ng optoelectronic. Sa masigasig na pansin at masiglang pagsulong ng mga mananaliksik, ang patlang na ito ay lalago sa isang potensyal na direksyon ng pag -unlad sa hinaharap at gumawa ng mahalagang mga kontribusyon sa pagbuo ng susunod na henerasyon ng (optoelectronic) na aparato.