Teknologi epitaksi suhu rendah adhedhasar GaN

1. Pentinge bahan basis GaN

Bahan semikonduktor basis GaN digunakake akeh kanggo nyiapake piranti optoelektronik, piranti elektronik daya lan piranti gelombang mikro frekuensi radio amarga sifate sing apik banget kayata karakteristik celah pita lebar, kekuatan lapangan rusak dhuwur lan konduktivitas termal sing dhuwur. Piranti kasebut wis akeh digunakake ing industri kayata lampu semikonduktor, sumber cahya ultraviolet negara padhet, fotovoltaik solar, tampilan laser, layar tampilan fleksibel, komunikasi seluler, pasokan listrik, kendaraan energi anyar, jaringan cerdas, lan liya-liyane. pasar dadi luwih diwasa.

Watesan teknologi epitaksi tradisional

Teknologi pertumbuhan epitaxial tradisional kanggo bahan basis GaN kayataMOCVDlanMBEbiasane mbutuhake kahanan suhu dhuwur, sing ora bisa ditrapake kanggo substrat amorf kayata kaca lan plastik amarga bahan kasebut ora bisa tahan suhu pertumbuhan sing luwih dhuwur. Contone, kaca float sing umum digunakake bakal lemes ing kondisi sing ngluwihi 600 ° C. Dikarepake kanggo kurang-suhuteknologi epitaksi: Kanthi tambah dikarepake kanggo piranti optoelektronik (elektronik) sing murah lan fleksibel, ana panjaluk peralatan epitaxial sing nggunakake energi medan listrik eksternal kanggo ngrusak prekursor reaksi ing suhu sing sithik. Teknologi iki bisa ditindakake ing suhu sing kurang, adaptasi karo karakteristik substrat amorf, lan nyedhiyakake kemungkinan nyiapake piranti sing murah lan fleksibel (optoelektronik).

2. Struktur kristal saka bahan basis GaN

Tipe struktur kristal

Bahan basis GaN utamane kalebu GaN, InN, AlN lan solusi padhet terner lan kuartener, kanthi telung struktur kristal wurtzite, sphalerite lan uyah watu, ing antarane struktur wurtzite paling stabil. Struktur sphalerite minangka fase metastabil, sing bisa diowahi dadi struktur wurtzite ing suhu dhuwur, lan bisa ana ing struktur wurtzite ing wangun tumpukan kesalahan ing suhu sing luwih murah. Struktur uyah watu minangka fase tekanan dhuwur saka GaN lan mung bisa katon ing kahanan tekanan sing dhuwur banget.

Karakterisasi bidang kristal lan kualitas kristal

Bidang kristal umum kalebu kutub c-bidang, semi-polar s-bidang, r-bidang, n-bidang, lan non-polar a-bidang lan m-bidang. Biasane, film tipis adhedhasar GaN sing diduweni dening epitaksi ing substrat sapir lan Si minangka orientasi kristal c-bidang.

3. Syarat teknologi epitaxy lan solusi implementasine

Keperluan owah-owahan teknologi

Kanthi pangembangan informasi lan intelijen, panjaluk piranti optoelektronik lan piranti elektronik cenderung murah lan fleksibel. Kanggo nyukupi kabutuhan kasebut, perlu kanggo ngganti teknologi epitaxial sing ana saka bahan basis GaN, utamane kanggo ngembangake teknologi epitaxial sing bisa ditindakake ing suhu sing sithik kanggo adaptasi karo karakteristik substrat amorf.

Pangembangan teknologi epitaxial suhu rendah

Teknologi epitaxial suhu rendah adhedhasar prinsipdeposisi uap fisik (PVD)landeposisi uap kimia (CVD), kalebu reaktif magnetron sputtering, plasma-dibantu MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD), laser-dibantu MBE (LMBE), remot plasma CVD (RPCVD), migrasi ditingkatake afterglow CVD ( MEA-CVD), plasma remot ditingkatake MOCVD (RPEMOCVD), aktivitas ditingkatake MOCVD (REMOCVD), elektron siklotron resonansi plasma ditingkatake MOCVD (ECR-PEMOCVD) lan induktif ditambah plasma MOCVD (ICP-MOCVD), etc.

4. Teknologi epitaksi suhu rendah adhedhasar prinsip PVD

jinis teknologi

Kalebu magnetron reaktif sputtering, plasma-dibantu MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD) lan laser-dibantu MBE (LMBE).

Fitur teknis

Teknologi kasebut nyedhiyakake energi kanthi nggunakake kopling lapangan njaba kanggo ngionisasi sumber reaksi ing suhu sing sithik, saéngga nyuda suhu retak lan entuk wutah epitaxial suhu rendah bahan basis GaN. Contone, teknologi sputtering magnetron reaktif ngenalake medan magnet sajrone proses sputtering kanggo nambah energi kinetik elektron lan nambah kemungkinan tabrakan karo N2 lan Ar kanggo nambah sputtering target. Ing wektu sing padha, uga bisa mbatesi plasma kapadhetan dhuwur ing ndhuwur target lan nyuda bombardment ion ing substrate.

Tantangan

Sanajan pangembangan teknologi kasebut bisa nyiyapake piranti optoelektronik sing murah lan fleksibel, nanging uga ana tantangan babagan kualitas pertumbuhan, kerumitan peralatan lan biaya. Contone, teknologi PVD biasane mbutuhake gelar vakum sing dhuwur, sing bisa nyuda pra-reaksi kanthi efektif lan ngenalake sawetara peralatan ngawasi ing papan sing kudu digunakake ing vakum dhuwur (kayata RHEED, probe Langmuir, lsp), nanging nambah kesulitan. saka deposisi seragam area gedhe, lan biaya operasi lan pangopènan vakum dhuwur dhuwur.

5. Teknologi epitaxial suhu rendah adhedhasar prinsip CVD

jinis teknologi

Kalebu CVD plasma remot (RPCVD), CVD migrasi sing ditingkatake afterglow (MEA-CVD), MOCVD sing ditingkatake plasma remot (RPEMOCVD), MOCVD sing ditingkatake aktivitas (REMOCVD), plasma resonansi elektron siklotron sing ditingkatake MOCVD (ECR-PEMOCVD) lan MOCVD gabungan induktif (plasma MOCVD). ICP-MOCVD).

Kaluwihan teknis

Teknologi kasebut entuk wutah bahan semikonduktor III-nitride kayata GaN lan InN ing suhu sing luwih murah kanthi nggunakake sumber plasma lan mekanisme reaksi sing beda-beda, sing cocog kanggo deposisi seragam lan pengurangan biaya. Contone, teknologi CVD plasma remot (RPCVD) nggunakake sumber ECR minangka generator plasma, yaiku generator plasma tekanan rendah sing bisa ngasilake plasma kepadatan dhuwur. Ing wektu sing padha, liwat teknologi spektroskopi luminescence plasma (OES), spektrum 391 nm sing digandhengake karo N2 + meh ora bisa dideteksi ing ndhuwur substrat, saéngga nyuda pamboman permukaan sampel kanthi ion energi dhuwur.

Ngapikake kualitas kristal

Kualitas kristal lapisan epitaxial ditingkatake kanthi nyaring partikel sing diisi energi kanthi efektif. Contone, teknologi MEA-CVD nggunakake sumber HCP kanggo ngganti sumber plasma ECR saka RPCVD, dadi luwih cocok kanggo ngasilake plasma kapadhetan dhuwur. Kauntungan saka sumber HCP yaiku ora ana kontaminasi oksigen sing disebabake dening jendela dielektrik kuarsa, lan nduweni kapadhetan plasma sing luwih dhuwur tinimbang sumber plasma kopling kapasitif (CCP).

6. Ringkesan lan Outlook

Status saiki teknologi epitaksi suhu rendah

Liwat riset lan analisis literatur, status teknologi epitaksi suhu rendah saiki, kalebu karakteristik teknis, struktur peralatan, kahanan kerja lan asil eksperimen. Teknologi kasebut nyedhiyakake energi liwat kopling lapangan eksternal, kanthi efektif nyuda suhu wutah, adaptasi karo karakteristik substrat amorf, lan nyedhiyakake kemungkinan nyiapake piranti elektronik sing murah lan fleksibel (opto).

Arah riset mangsa ngarep

Teknologi epitaksi suhu rendah nduweni prospek aplikasi sing wiyar, nanging isih ana ing tahap eksplorasi. Perlu riset sing jero saka aspek peralatan lan proses kanggo ngrampungake masalah ing aplikasi teknik. Contone, perlu sinau luwih lanjut babagan carane entuk plasma kapadhetan sing luwih dhuwur nalika nimbang masalah panyaring ion ing plasma; carane ngrancang struktur piranti homogenisasi gas kanthi efektif nyuda pre-reaksi ing rongga ing suhu sing kurang; carane ngrancang mesin ingkang ndamel benter peralatan epitaxial-suhu kurang supaya sparking utawa kothak elektromagnetik mengaruhi plasma ing meksa growong tartamtu.

Kontribusi sing dikarepake

Dikarepake lapangan iki bakal dadi arah pangembangan potensial lan menehi kontribusi penting kanggo pangembangan piranti optoelektronik generasi sabanjure. Kanthi perhatian banget lan promosi peneliti sing kuat, lapangan iki bakal berkembang dadi arah pangembangan potensial ing mangsa ngarep lan menehi kontribusi penting kanggo pangembangan piranti (optoelektronik) generasi sabanjure.