Технологија епитаксије ниске температуре на бази ГаН-а

1. Значај материјала на бази ГаН

Полупроводнички материјали на бази ГаН се широко користе у припреми оптоелектронских уређаја, енергетских електронских уређаја и радиофреквентних микроталасних уређаја због својих одличних својстава као што су карактеристике широког појаса, висока јачина поља пробоја и висока топлотна проводљивост. Ови уређаји су нашироко коришћени у индустријама као што су полупроводничка расвета, полупроводнички извори ултраљубичастог светла, соларни фотонапонски уређаји, ласерски екрани, флексибилни екрани, мобилне комуникације, напајања, возила са новом енергијом, паметне мреже, итд., и технологија и тржиште постаје зрелије.

Ограничења традиционалне епитаксијске технологије

Традиционалне епитаксијалне технологије раста за материјале засноване на ГаН-у као нпрМОЦВДиМБЕобично захтевају услове високе температуре, који нису применљиви на аморфне подлоге као што су стакло и пластика јер ови материјали не могу да издрже веће температуре раста. На пример, обично коришћено флоат стакло ће омекшати у условима већим од 600°Ц. Потражња за ниским температураматехнологија епитаксије: Са све већом потражњом за јефтиним и флексибилним оптоелектронским (електронским) уређајима, постоји потражња за епитаксијалном опремом која користи енергију спољашњег електричног поља за пуцање прекурсора реакције на ниским температурама. Ова технологија се може изводити на ниским температурама, прилагођавајући се карактеристикама аморфних супстрата и пружајући могућност израде јефтиних и флексибилних (оптоелектронских) уређаја.

2. Кристална структура материјала на бази ГаН

Тип кристалне структуре

Материјали на бази ГаН углавном укључују ГаН, ИнН, АлН и њихове тернарне и кватернарне чврсте растворе, са три кристалне структуре вурцита, сфалерита и камене соли, међу којима је структура вурцита најстабилнија. Структура сфалерита је метастабилна фаза, која се на високој температури може трансформисати у структуру вурцита, а на нижим температурама може постојати у структури вурцита у виду грешака слагања. Структура камене соли је фаза високог притиска ГаН и може се појавити само у условима изузетно високог притиска.

Карактеризација кристалних равни и квалитета кристала

Уобичајене кристалне равни укључују поларну ц-равнину, полуполарну с-равнину, р-равнину, н-равнину и неполарну а-равнину и м-равнину. Обично, танки филмови на бази ГаН добијени епитаксијом на сафирним и Си супстратима су кристалне оријентације ц-равни.

3. Захтеви технологије епитаксије и решења за имплементацију

Неопходност технолошке промене

Са развојем информатизације и интелигенције, потражња за оптоелектронским уређајима и електронским уређајима тежи да буде јефтина и флексибилна. Да би се ове потребе задовољиле, неопходно је променити постојећу епитаксијалну технологију материјала на бази ГаН, посебно развити епитаксијалну технологију која се може изводити на ниским температурама како би се прилагодила карактеристикама аморфних супстрата.

Развој нискотемпературне епитаксијалне технологије

Нискотемпературна епитаксијална технологија заснована на принципимафизичко таложење паре (ПВД)ихемијско таложење паре (ЦВД), укључујући реактивно магнетронско распршивање, МБЕ потпомогнуто плазмом (ПА-МБЕ), пулсно ласерско таложење (ПЛД), пулсно таложење распршивањем (ПСД), ласерски потпомогнуто МБЕ (ЛМБЕ), даљинско ЦВД плазме (РПЦВД), ЦВД побољшано миграцијом ( МЕА-ЦВД), МОЦВД са побољшаном плазмом (РПЕМОЦВД), МОЦВД са побољшаном активношћу (РЕМОЦВД), МОЦВД побољшаном плазмом електронском циклотронском резонанцом (ЕЦР-ПЕМОЦВД) и МОЦВД са индуктивно спрегнутом плазмом (ИЦП-МОЦВД), итд.

4. Технологија епитаксије ниске температуре заснована на ПВД принципу

Типови технологије

Укључујући реактивно магнетронско распршивање, МБЕ потпомогнуто плазмом (ПА-МБЕ), пулсно ласерско таложење (ПЛД), пулсно таложење распршивањем (ПСД) и МБЕ уз помоћ ласера ​​(ЛМБЕ).

Техничке карактеристике

Ове технологије обезбеђују енергију коришћењем екстерног спајања поља за јонизацију извора реакције на ниској температури, чиме се смањује његова температура пуцања и постиже епитаксијални раст материјала на бази ГаН на ниској температури. На пример, технологија реактивног магнетронског распршивања уводи магнетно поље током процеса распршивања да би се повећала кинетичка енергија електрона и повећала вероватноћа судара са Н2 и Ар да би се побољшало циљано распршивање. Истовремено, он такође може да ограничи плазму високе густине изнад мете и смањи бомбардовање јона на подлогу.

Изазови

Иако је развој ових технологија омогућио припрему јефтиних и флексибилних оптоелектронских уређаја, они се такође суочавају са изазовима у погледу квалитета раста, сложености опреме и цене. На пример, ПВД технологија обично захтева висок степен вакуума, који може ефикасно да потисне пре-реакцију и уведе неку опрему за праћење на лицу места која мора да ради под високим вакуумом (као што је РХЕЕД, Лангмуир сонда, итд.), али повећава потешкоће равномерног таложења велике површине, а трошкови рада и одржавања високог вакуума су високи.

5. Нискотемпературна епитаксијална технологија заснована на ЦВД принципу

Типови технологије

Укључујући даљинску плазма ЦВД (РПЦВД), миграцију побољшану накнадну ЦВД (МЕА-ЦВД), даљинску плазму побољшану МОЦВД (РПЕМОЦВД), МОЦВД побољшану активност (РЕМОЦВД), електрон циклотронску резонанцију плазма побољшану МОЦВД (ЕЦР-ПЕМОЦВД) и ИЦП-МОЦВД).

Техничке предности

Ове технологије постижу раст ИИИ-нитридних полупроводничких материјала као што су ГаН и ИнН на нижим температурама коришћењем различитих извора плазме и реакционих механизама, што погодује равномерном таложењу велике површине и смањењу трошкова. На пример, технологија даљинске плазме ЦВД (РПЦВД) користи ЕЦР извор као генератор плазме, који је генератор плазме ниског притиска који може да генерише плазму високе густине. У исто време, кроз технологију спектроскопије луминисценције плазме (ОЕС), спектар од 391 нм повезан са Н2+ се скоро не може детектовати изнад супстрата, чиме се смањује бомбардовање површине узорка јонима високе енергије.

Побољшајте квалитет кристала

Квалитет кристала епитаксијалног слоја је побољшан ефикасним филтрирањем високоенергетских наелектрисаних честица. На пример, МЕА-ЦВД технологија користи ХЦП извор да замени ЕЦР плазма извор РПЦВД, што га чини погоднијим за генерисање плазме високе густине. Предност ХЦП извора је у томе што нема контаминације кисеоником изазване кварцним диелектричним прозором и има већу густину плазме од извора плазме са капацитивном спрегом (ЦЦП).

6. Резиме и Оутлоок

Тренутни статус технологије нискотемпературне епитаксије

Истраживањем и анализом литературе оцртава се тренутни статус технологије нискотемпературне епитаксије, укључујући техничке карактеристике, структуру опреме, услове рада и експерименталне резултате. Ове технологије обезбеђују енергију кроз екстерно спајање поља, ефикасно смањују температуру раста, прилагођавају се карактеристикама аморфних супстрата и пружају могућност припреме јефтиних и флексибилних (опто) електронских уређаја.

Будући правци истраживања

Технологија епитаксије на ниским температурама има широке изгледе за примену, али је још увек у фази истраживања. То захтева дубинско истраживање и са аспекта опреме и процеса да би се решили проблеми у инжењерским апликацијама. На пример, потребно је даље проучавати како да се добије плазма веће густине док се разматра проблем филтрирања јона у плазми; како дизајнирати структуру уређаја за хомогенизацију гаса за ефикасно сузбијање предреакције у шупљини на ниским температурама; како дизајнирати грејач нискотемпературне епитаксијалне опреме да би се избегло варничење или електромагнетна поља која утичу на плазму при специфичном притиску у шупљини.

Очекивани допринос

Очекује се да ће ова област постати потенцијални правац развоја и дати значајан допринос развоју следеће генерације оптоелектронских уређаја. Уз велику пажњу и енергичну промоцију истраживача, ова област ће прерасти у потенцијални правац развоја у будућности и дати значајан допринос развоју следеће генерације (оптоелектронских) уређаја.