Teknologi epitaxy suhu rendah berbasis GAN

1. Pentingnya bahan berbasis GAN

Bahan semikonduktor berbasis GAN banyak digunakan dalam persiapan perangkat optoelektronik, perangkat elektronik daya dan perangkat microwave frekuensi radio karena sifatnya yang sangat baik seperti karakteristik celah pita lebar, kekuatan medan kerusakan tinggi dan konduktivitas termal yang tinggi. Perangkat ini telah banyak digunakan dalam industri seperti pencahayaan semikonduktor, sumber cahaya ultraviolet solid-state, fotovoltaik surya, tampilan laser, layar tampilan yang fleksibel, komunikasi seluler, catu daya, kendaraan energi baru, jaringan pintar, dll., Dan teknologi dan pasar menjadi lebih matang.

Keterbatasan teknologi epitaks tradisional

Teknologi pertumbuhan epitaxial tradisional untuk bahan berbasis gan sepertiMOCVDDanMbeBiasanya membutuhkan kondisi suhu tinggi, yang tidak berlaku untuk substrat amorf seperti kaca dan plastik karena bahan -bahan ini tidak dapat menahan suhu pertumbuhan yang lebih tinggi. Misalnya, kaca float yang umum digunakan akan melunak dalam kondisi yang melebihi 600 ° C. Permintaan akan suhu rendahTeknologi Epitaxy: Dengan meningkatnya permintaan untuk perangkat optoelektronik (elektronik) yang berbiaya rendah dan fleksibel, ada permintaan untuk peralatan epitaxial yang menggunakan energi medan listrik eksternal untuk memecahkan prekursor reaksi pada suhu rendah. Teknologi ini dapat dilakukan pada suhu rendah, beradaptasi dengan karakteristik substrat amorf, dan memberikan kemungkinan menyiapkan perangkat berbiaya rendah dan fleksibel (optoelektronik).

2. Struktur kristal bahan berbasis gan

Jenis Struktur Kristal

Bahan berbasis GAN terutama termasuk GAN, Inn, ALN dan solusi padat terner dan kuaternernya, dengan tiga struktur kristal wurtzite, sphalerit dan garam batuan, di antaranya struktur wurtzite adalah yang paling stabil. Struktur sphalerite adalah fase metastabil, yang dapat diubah menjadi struktur wurtzite pada suhu tinggi, dan dapat ada dalam struktur wurtzite dalam bentuk sesar penumpukan pada suhu yang lebih rendah. Struktur garam batu adalah fase tekanan tinggi GAN dan hanya dapat muncul dalam kondisi tekanan yang sangat tinggi.

Karakterisasi bidang kristal dan kualitas kristal

Bidang kristal yang umum meliputi pesawat C polar, plan S semi-polar, r-plane, n-plane, dan plan A-plane non-polar dan m-plane. Biasanya, film tipis berbasis GAN yang diperoleh dengan epitaxy pada substrat safir dan SI adalah orientasi kristal C-plane.

3. Persyaratan Teknologi Epitaxy dan Solusi Implementasi

Kebutuhan Perubahan Teknologi

Dengan pengembangan informatisasi dan kecerdasan, permintaan untuk perangkat optoelektronik dan perangkat elektronik cenderung berbiaya rendah dan fleksibel. Untuk memenuhi kebutuhan ini, perlu untuk mengubah teknologi epitaxial yang ada dari bahan berbasis GAN, terutama untuk mengembangkan teknologi epitaxial yang dapat dilakukan pada suhu rendah untuk beradaptasi dengan karakteristik substrat amorf.

Pengembangan teknologi epitaxial suhu rendah

Teknologi epitaxial suhu rendah berdasarkan prinsip-prinsipdeposisi uap fisik (Pvd)Dandeposisi uap kimia (CVD), including reactive magnetron sputtering, plasma-assisted MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD), laser-assisted MBE (LMBE), remote plasma CVD (RPCVD), migration enhanced afterglow CVD (MEA-CVD), remote plasma enhanced MOCVD (RPEMOCVD), aktivitas meningkatkan MOCVD (REMOCVD), elektron cyclotron resonance plasma meningkatkan MOCVD (ECR-PEMOCVD) dan plasma mocvd (ICP-MocVD) yang digabungkan secara induktif (ICP-MOCVD), dll.

4. Teknologi Epitaxy Suhu Rendah Berdasarkan Prinsip Pvd

Jenis teknologi

Termasuk sputtering magnetron reaktif, MBE yang dibantu plasma (PA-MBE), deposisi laser berdenyut (PLD), deposisi sputtering berdenyut (PSD) dan MBE yang dibantu laser (LMBE).

Fitur teknis

Teknologi ini menyediakan energi dengan menggunakan kopling medan eksternal untuk mengionisasi sumber reaksi pada suhu rendah, sehingga mengurangi suhu retaknya dan mencapai pertumbuhan epitaxial suhu rendah dari bahan berbasis gan. Sebagai contoh, teknologi sputtering magnetron reaktif memperkenalkan medan magnet selama proses sputtering untuk meningkatkan energi kinetik elektron dan meningkatkan kemungkinan tabrakan dengan N2 dan AR untuk meningkatkan sputtering target. Pada saat yang sama, ia juga dapat membatasi plasma kepadatan tinggi di atas target dan mengurangi pemboman ion pada substrat.

Tantangan

Meskipun pengembangan teknologi ini telah memungkinkan untuk menyiapkan perangkat optoelektronik berbiaya rendah dan fleksibel, mereka juga menghadapi tantangan dalam hal kualitas pertumbuhan, kompleksitas peralatan dan biaya. Sebagai contoh, teknologi PVD biasanya membutuhkan gelar vakum yang tinggi, yang secara efektif dapat menekan pra-reaksi dan memperkenalkan beberapa peralatan pemantauan in-situ yang harus bekerja di bawah vakum tinggi (seperti RHEED, Langmuir probe, dll.), Tetapi kesulitan meningkatkan deposisi seragam area besar, dan operasi dan biaya pemeliharaan yang tinggi.

5. Teknologi epitaxial suhu rendah berdasarkan prinsip CVD

Jenis teknologi

Termasuk CVD plasma jarak jauh (RPCVD), migrasi ditingkatkan afterglow CVD (MEA-CVD), plasma jarak jauh meningkatkan MOCVD (RPEMOCVD), aktivitas MOCVD (ECR-Pemocvd) yang ditingkatkan mocvd (ECR-PEMOCVD).

Keuntungan teknis

Teknologi ini mencapai pertumbuhan bahan semikonduktor III-nitrida seperti Gan dan Inn pada suhu yang lebih rendah dengan menggunakan sumber plasma dan mekanisme reaksi yang berbeda, yang kondusif untuk deposisi seragam area besar dan pengurangan biaya. Misalnya, teknologi CVD CVD (RPCVD) jarak jauh menggunakan sumber ECR sebagai generator plasma, yang merupakan generator plasma bertekanan rendah yang dapat menghasilkan plasma kepadatan tinggi. Pada saat yang sama, melalui teknologi plasma luminescence spectroscopy (OES), spektrum 391 nm yang terkait dengan N2+ hampir tidak terdeteksi di atas substrat, sehingga mengurangi pemboman permukaan sampel dengan ion berenergi tinggi.

Tingkatkan kualitas kristal

Kualitas kristal lapisan epitaxial ditingkatkan dengan secara efektif menyaring partikel bermuatan energi tinggi. Misalnya, teknologi MEA-CVD menggunakan sumber HCP untuk menggantikan sumber plasma ECR RPCVD, membuatnya lebih cocok untuk menghasilkan plasma kepadatan tinggi. Keuntungan dari sumber HCP adalah bahwa tidak ada kontaminasi oksigen yang disebabkan oleh jendela dielektrik kuarsa, dan memiliki kepadatan plasma yang lebih tinggi daripada sumber plasma kopling kapasitif (CCP).

6. Ringkasan dan Outlook

Status saat ini dari teknologi epitaxy suhu rendah

Melalui penelitian dan analisis literatur, status saat ini dari teknologi epitaxy suhu rendah diuraikan, termasuk karakteristik teknis, struktur peralatan, kondisi kerja dan hasil eksperimen. Teknologi ini menyediakan energi melalui kopling medan eksternal, secara efektif mengurangi suhu pertumbuhan, beradaptasi dengan karakteristik substrat amorf, dan memberikan kemungkinan mempersiapkan perangkat elektronik berbiaya rendah dan fleksibel (OPTO).

Arah penelitian di masa depan

Teknologi Epitaxy Suhu Rendah memiliki prospek aplikasi yang luas, tetapi masih dalam tahap eksplorasi. Dibutuhkan penelitian mendalam dari peralatan dan aspek proses untuk menyelesaikan masalah dalam aplikasi rekayasa. Sebagai contoh, perlu untuk mempelajari lebih lanjut bagaimana mendapatkan plasma kepadatan yang lebih tinggi sambil mempertimbangkan masalah penyaringan ion dalam plasma; bagaimana merancang struktur perangkat homogenisasi gas untuk secara efektif menekan pra-reaksi di rongga pada suhu rendah; Cara merancang pemanas peralatan epitaxial suhu rendah untuk menghindari medan percikan atau elektromagnetik yang mempengaruhi plasma pada tekanan rongga tertentu.

Kontribusi yang diharapkan

Diharapkan bahwa bidang ini akan menjadi arah pengembangan potensial dan memberikan kontribusi penting untuk pengembangan generasi berikutnya dari perangkat optoelektronik. Dengan perhatian yang tajam dan promosi yang kuat dari para peneliti, bidang ini akan tumbuh ke arah pengembangan potensial di masa depan dan memberikan kontribusi penting untuk pengembangan perangkat generasi berikutnya (optoelektronik).