GaN-basert lavtemperatur epitaksi-teknologi

1. Viktigheten av GaN-baserte materialer

GaN-baserte halvledermaterialer er mye brukt i fremstilling av optoelektroniske enheter, elektroniske enheter for strøm og radiofrekvensmikrobølgeenheter på grunn av deres utmerkede egenskaper som brede båndgapegenskaper, høy nedbrytningsfeltstyrke og høy termisk ledningsevne. Disse enhetene har blitt mye brukt i bransjer som halvlederbelysning, solid-state ultrafiolette lyskilder, solcelleanlegg, laserskjerm, fleksible skjermbilder, mobilkommunikasjon, strømforsyning, nye energikjøretøyer, smarte nett, etc., og teknologien og markedet blir mer moden.

Begrensninger i tradisjonell epitaksi -teknologi

Tradisjonelle epitaksiale vekstteknologier for GaN-baserte materialer somMOCVDogMBEKrever vanligvis høye temperaturforhold, som ikke er anvendelige for amorfe underlag som glass og plast fordi disse materialene ikke tåler høyere veksttemperatur. For eksempel vil ofte brukt floatglass myke opp under forhold som overstiger 600 ° C. Etterspørsel etter lav temperaturEpitaxy -teknologi: Med den økende etterspørselen etter rimelige og fleksible optoelektroniske (elektroniske) enheter, er det etterspørsel etter epitaksialt utstyr som bruker eksternt elektrisk feltenergi for å sprekke reaksjonsforløpere ved lave temperaturer. Denne teknologien kan utføres ved lave temperaturer, tilpasse seg egenskapene til amorfe underlag, og gi muligheten for å forberede lave kostnader og fleksible (optoelektroniske) enheter.

2. Krystallstruktur av GaN-baserte materialer

Krystallstrukturtype

GaN-baserte materialer inkluderer hovedsakelig GaN, Inn, Aln og deres ternære og kvartære faste løsninger, med tre krystallstrukturer av wurtzite, sphaleritt og steinsalt, hvorav wurtzittstrukturen er den mest stabile. Sphalerittstrukturen er en metastabil fase, som kan transformeres til wurtzittstrukturen ved høy temperatur, og kan eksistere i wurtzite -strukturen i form av stabling av feil ved lavere temperaturer. Bergsaltstrukturen er høytrykksfasen til GaN og kan bare vises under ekstremt høye trykkforhold.

Karakterisering av krystallplan og krystallkvalitet

Vanlige krystallplaner inkluderer polar C-plan, semi-polare S-plan, R-plan, N-plan og ikke-polar A-plan og M-plan. Vanligvis er de GaN-baserte tynne filmene oppnådd ved epitaksi på safir- og SI-underlag C-plan-krystallorienteringer.

3. Krav til epitaksi -teknologien og implementeringsløsninger

Nødvendigheten av teknologisk endring

Med utviklingen av informasjon og intelligens, har etterspørselen etter optoelektroniske enheter og elektroniske enheter en tendens til å være rimelige og fleksible. For å imøtekomme disse behovene, er det nødvendig å endre den eksisterende epitaksiale teknologien til GaN-baserte materialer, spesielt for å utvikle epitaksialteknologi som kan utføres ved lave temperaturer for å tilpasse seg egenskapene til amorfe underlag.

Utvikling av epitaksial teknologi med lav temperatur

Lavtemperatur epitaksial teknologi basert på prinsippene tilFysisk dampavsetning (PVD)ogKjemisk dampavsetning (CVD), inkludert reaktiv magnetron-sputtering, plasma-assistert MBE (PA-MBE), pulserende laseravsetning (PLD), pulserende sputtering avsetning (PSD), laser-assistert, MBE (LMBE), RemOCVACVD (RPCVD), migrasjons-enhanced AfterGLOW CVD (Migd (RPCVD), migrasjons-enhan-plasvd (RPCVD), Migration Enhan) (RPEMOCVD), Aktivitetsforsterket MOCVD (REMOCVD), Electron Cyclotron Resonance Plasma Enhanced MOCVD (ECR-PEMOCVD) og induktiv koblet plasma MOCVD (ICP-MOCVD), etc.

4.

Teknologityper

Inkludert reaktiv magnetron-sputtering, plasmaassistert MBE (PA-MBE), pulserende laseravsetning (PLD), pulserende sputtering avsetning (PSD) og laserassistert MBE (LMBE).

Tekniske funksjoner

Disse teknologiene gir energi ved å bruke ekstern feltkobling for å ionisere reaksjonskilden ved lav temperatur, og reduserer dermed dens sprekkertemperatur og oppnår lav temperatur epitaksial vekst av GaN-baserte materialer. For eksempel introduserer reaktiv magnetron -sputteringsteknologi et magnetfelt under sputteringsprosessen for å øke den kinetiske energien til elektroner og øke sannsynligheten for kollisjon med N2 og AR for å forbedre målsputteringen. Samtidig kan det også begrense plasma med høy tetthet over målet og redusere bombardementet av ioner på underlaget.

Utfordringer

Selv om utviklingen av disse teknologiene har gjort det mulig å forberede rimelige og fleksible optoelektroniske enheter, møter de også utfordringer når det gjelder vekstkvalitet, utstyrskompleksitet og kostnader. For eksempel krever PVD-teknologi vanligvis en høy vakuumgrad, som effektivt kan undertrykke pre-reaksjon og introdusere noe overvåkningsutstyr på stedet som må fungere under høyt vakuum (for eksempel RHEED, Langmuir-sonde, etc.), men det øker vanskeligheten med storvare-enhetsdeposisjon, og driften og vedlikeholdskostnadene for høyt vakuum er høy.

5. Epitaksial teknologi med lav temperatur basert på CVD-prinsippet

Teknologityper

Inkludert ekstern plasma CVD (RPCVD), migrasjon forbedret Afterglow CVD (MEA-CVD), ekstern plasmaforbedret MOCVD (RPEMOCVD), Aktivitetsforsterket MOCVD (RemOCV), Electron Cycloton Resonance Plasmpl COUSMOCVD (Remocvd (Remocvd) MOCVD (ICP-MOCVD).

Tekniske fordeler

Disse teknologiene oppnår vekst av III-nitride halvledermaterialer som GaN og Inn ved lavere temperaturer ved å bruke forskjellige plasmakilder og reaksjonsmekanismer, noe som bidrar til enhetlig avsetning og kostnadsreduksjon i store områder. For eksempel bruker ekstern plasma CVD (RPCVD) -teknologi en ECR-kilde som en plasmagenerator, som er en lavtrykksplasmagenerator som kan generere plasma med høy tetthet. Samtidig, gjennom plasma-luminescensspektroskopi (OES) -teknologi, er 391 nm-spekteret assosiert med N2+ nesten ikke påviselig over underlaget, og reduserer dermed bombardementet av prøveoverflaten med høye energiioner.

Forbedre krystallkvaliteten

Krystallkvaliteten til det epitaksiale laget forbedres ved å effektivt filtrere høye energi-ladede partikler. For eksempel bruker MEA-CVD-teknologi en HCP-kilde for å erstatte ECR-plasmakilden til RPCVD, noe som gjør den mer egnet for å generere plasma med høy tetthet. Fordelen med HCP -kilden er at det ikke er noen oksygenforurensning forårsaket av kvartsdielektrisk vindu, og det har en høyere plasmatetthet enn den kapasitive kobling (CCP) plasmakilden.

6. Sammendrag og utsikter

Gjeldende status for lavtemperatur epitaxyteknologi

Gjennom litteraturforskning og analyse er den nåværende statusen for epitaksi-teknologi med lav temperatur skissert, inkludert tekniske egenskaper, utstyrsstruktur, arbeidsforhold og eksperimentelle resultater. Disse teknologiene gir energi gjennom ekstern feltkobling, reduserer effektivt veksttemperaturen effektivt, tilpasser seg egenskapene til amorfe underlag og gir muligheten for å fremstille lavpris og fleksible (OPTO) elektroniske enheter.

Fremtidige forskningsretninger

Epitaxy-teknologi med lav temperatur har brede applikasjonsutsikter, men den er fremdeles i det utforskende stadiet. Det krever en grundig forskning fra både utstyret og prosesseringsaspektene for å løse problemer i ingeniørapplikasjoner. For eksempel er det nødvendig å studere hvordan man oppnår et plasma med høyere tetthet mens du vurderer ionfiltreringsproblemet i plasmaet; hvordan man designer strukturen til gasshomogeniseringsenheten for effektivt å undertrykke forreaksjonen i hulrommet ved lave temperaturer; Hvordan designe varmeren av epitaksialutstyr med lav temperatur for å unngå gnist eller elektromagnetiske felt som påvirker plasmaet ved et spesifikt hulromstrykk.

Forventet bidrag

Det forventes at dette feltet vil bli en potensiell utviklingsretning og gi viktige bidrag til utviklingen av neste generasjon av optoelektroniske enheter. Med en stor oppmerksomhet og kraftig promotering av forskere, vil dette feltet vokse til en potensiell utviklingsretning i fremtiden og gi viktige bidrag til utviklingen av neste generasjon av (optoelektroniske) enheter.