Technologie epitaxií ní s nízkou teplotou založenou na GAN

1. Důležitost materiálů založených na GAN

Polovodičové materiály na bázi GAN se široce používají při přípravě optoelektronických zařízení, napájecích elektronických zařízení a mikrovlnných zařízení s rádiovou frekvencí kvůli jejich vynikajícím vlastnostem, jako jsou charakteristiky širokého bandgapu, vysoká pevnost pole a vysoká tepelná vodivost. Tato zařízení byla široce používána v průmyslových odvětvích, jako je polovodičové osvětlení, ultrafialové světelné zdroje v pevném stavu, solární fotovoltaika, laserový displej, flexibilní obrazovky displeje, mobilní komunikace, napájecí zdroje, nová energetická vozidla, inteligentní mřížky atd. A technologie a trh jsou stále zralejší.

Omezení tradiční technologie epitaxy

Tradiční technologie růstu epitaxiálního růstu pro materiály založené na GAN, jako napříkladMOCVDaMBEObvykle vyžadují podmínky s vysokou teplotou, které se nevztahují na amorfní substráty, jako je sklo a plasty, protože tyto materiály nemohou vydržet vyšší teploty růstu. Například běžně používané plovákové sklo změkčí za podmínek přesahujících 600 ° C. Poptávka po nízké teplotěTechnologie epitaxy: S rostoucí poptávkou po nízkonákladových a flexibilních optoelektronických (elektronických) zařízeních existuje poptávka po epitaxiálních zařízeních, která využívá externí energii elektrického pole k prasknutí prekurzorů reakce při nízkých teplotách. Tuto technologii lze provádět při nízkých teplotách, přizpůsobit se charakteristikám amorfních substrátů a poskytnout možnost přípravy nízkonákladových a flexibilních (optoelektronických) zařízení.

2. krystalická struktura materiálů na bázi GAN

Typ krystalové struktury

Mezi materiály na bázi GAN patří hlavně GAN, Inn, ALN a jejich ternární a kvartérní pevné roztoky, se třemi krystalovými strukturami Wurtzite, sfaleritu a skalní soli, mezi nimiž je struktura Wurtzite nejstabilnější. Struktura sfaleritu je metastabilní fáze, kterou lze transformovat na strukturu Wurtzite při vysoké teplotě a může existovat ve struktuře Wurtzite ve formě poruch stohování při nižších teplotách. Struktura skalní soli je vysokotlaká fáze GAN a může se objevit pouze za extrémně vysokotlakých podmínek.

Charakterizace křišťálových rovin a kvality krystalů

Mezi běžné krystalové roviny patří polární rovina C, polopolární roviny S, roviny R, N-roviny a nepolární A-roviny a roviny M. Tenké filmy založené na GAN získané epitaxy na safírech a substrátech SI jsou krystalové orientace C-roviny.

3. Epitaxy Technologické požadavky a řešení implementace

Nutnost technologických změn

S rozvojem informatizace a inteligence má poptávka po optoelektronických zařízeních a elektronických zařízeních tendenci být levné a flexibilní. Aby bylo možné tyto potřeby splnit, je nutné změnit existující epitaxiální technologii materiálů založených na GAN, zejména k vývoji epitaxiální technologie, kterou lze provádět při nízkých teplotách, aby se přizpůsobila charakteristikám amorfních substrátů.

Vývoj nízkoteplotní epitaxiální technologie

Nízkoteplotní epitaxiální technologie založená na principechfyzická depozice páry (PVD)achemická depozice páry (CVD), včetně reaktivního magnetorového rozprašování, plazmatického asistovaného MBE (PA-MBE), pulzního laserového depozice (PLD), pulzního depozice rozprašování (PSD), laserově asistovaného MBE (LMBE), vzdálená plazma CVD (RPCVD), migrace posilovaná ponorská mcvd) (RpeMocVD), aktivita zvýšená MOCVD (remocvd), elektronová cyklotronová rezonance plazma zvýšila MOCVD (ECR-PEMOCVD) a indukčně vázaná plazmatická plazma MOCVD (ICP-MOCVD), atd.

4. Technologie epitaxií nízké teploty založené na principu PVD

Typy technologií

Včetně reaktivního magnetorového rozprašování, plazmatického asistovaného MBE (PA-MBE), depozice pulzního laseru (PLD), depozice pulzního rozprašování (PSD) a laserově asistovaného MBE (LMBE).

Technické funkce

Tyto technologie poskytují energii pomocí externího pole pro ionizaci zdroje reakce při nízké teplotě, čímž se snižují jeho praskající teplotu a dosahují nízkoteplotního epitaxiálního růstu materiálů na bázi GAN. Například technologie reaktivního magnetronu rozprašování zavádí během procesu rozprašování magnetické pole ke zvýšení kinetické energie elektronů a zvýšení pravděpodobnosti kolize s N2 a AR pro zvýšení cílového rozprašování. Současně může také omezit plazmu s vysokou hustotou nad cílem a snížit bombardování iontů na substrátu.

Výzvy

Přestože vývoj těchto technologií umožnil připravit nízkonákladová a flexibilní optoelektronická zařízení, čelí také výzvám, pokud jde o kvalitu růstu, složitost a náklady na vybavení. Například technologie PVD obvykle vyžaduje vysoký vakuový stupeň, který může účinně potlačit předběžnou reakci a zavést některá zařízení pro monitorování in situ, které musí fungovat pod vysokým vakuem (jako je Rheed, Langmuir sonda atd.), Ale to zvyšuje obtížnost ukládání velkého množství a nákladů na provoz a udržování vysokých vakua.

5. Nízkoteplotní epitaxiální technologie založená na principu CVD

Typy technologií

Včetně vzdáleného CVD (RPCVD), migrace zvýšené afterglow CVD (MEA-CVD), vzdálené plazmy zvýšené MOCVD (RPEMOCVD), Aktivitu zvýšené MOCVD (remocvd), Electron Cyclotron Resonance Plazma Enhanced MOCVD (ECR-Pemocvd) (ECR-PLASDD) (ECR-PEMOCVD).

Technické výhody

Tyto technologie dosahují růstu polovodičových materiálů III-nitride, jako jsou GAN a Inn při nižších teplotách, pomocí různých zdrojů plazmy a reakčních mechanismů, které přispívají k rozsáhlému jednotnému ukládání a snížení nákladů. Například technologie CVD vzdáleného plazmatu (RPCVD) používá zdroj ECR jako generátor plazmy, což je nízkotlaký generátor plazmy, který může generovat plazmu s vysokou hustotou. Současně, prostřednictvím technologie plazmatické luminiscenční spektroskopie (OES), je spektrum 391 nm spojené s N2+ téměř nedetekovatelné nad substrátem, čímž se snižuje bombardování povrchu vzorku vysokoenergetickými ionty.

Zlepšit kvalitu krystalů

Krystalická kvalita epitaxiální vrstvy se zlepšuje účinným filtrováním vysoce energetických nabitých částic. Například technologie MEA-CVD používá zdroj HCP k nahrazení zdroje ECR v plazmě RPCVD, což je vhodnější pro generování plazmy s vysokou hustotou. Výhodou zdroje HCP je to, že neexistuje žádná kontaminace kyslíku způsobená dielektrickým oknem křemenné a má vyšší plazmatickou hustotu než zdroj plazmy kapacitní spojky (CCP).

6. Shrnutí a výhled

Aktuální stav technologie epitaxií nízkoteplotních

Prostřednictvím výzkumu a analýzy literatury je nastíněn současný stav nízkoteplotní technologie epitaxy, včetně technických charakteristik, struktury zařízení, pracovních podmínek a experimentálních výsledků. Tyto technologie poskytují energii prostřednictvím externího polního spojení, účinně snižují růstovou teplotu, přizpůsobují se charakteristikám amorfních substrátů a poskytují možnost přípravy nízkonákladových a flexibilních (opto) elektronických zařízení.

Budoucí směry výzkumu

Technologie epitaxy s nízkou teplotou má široké vyhlídky na aplikaci, ale stále je v průzkumné fázi. K řešení problémů v inženýrských aplikacích vyžaduje hloubkový výzkum z aspektů vybavení a procesů. Například je nutné dále studovat, jak získat plazmu s vyšší hustotou při zvažování problému iontového filtrování v plazmě; jak navrhnout strukturu homogenizačního zařízení plynu, aby se účinně potlačilo předběžnou reakci v dutině při nízkých teplotách; Jak navrhnout topení epitaxiálního zařízení s nízkou teplotou, aby nedošlo k jiskření nebo elektromagnetických polích ovlivňujících plazmu při specifickém tlaku dutiny.

Očekávaný příspěvek

Očekává se, že toto pole se stane potenciálním směrem vývoje a přispěje k rozvoji příští generace optoelektronických zařízení. S nadšenou pozorností a energickou podporou výzkumných pracovníků se tato pole v budoucnu rozrodí na potenciální směr rozvoje a významně přispívá k rozvoji příští generace (optoelektronických) zařízení.