Базирана на GAN технология с ниска температура

1. Значението на материалите на базата на Ган

Полупроводниковите материали на базата на GAN се използват широко при подготовката на оптоелектронни устройства, електронни устройства за захранване и радиочестотни микровълнови устройства поради техните отлични свойства като широки характеристики на лентата, висока якост на разрушаване и висока топлинна проводимост. Тези устройства са широко използвани в индустрии като полупроводниково осветление, твърдо състояние ултравиолетови източници на светлина, слънчеви фотоволтаици, лазерен дисплей, гъвкави екрани на дисплея, мобилни комуникации, захранвания, нови енергийни превозни средства, интелигентни решетки и т.н., а технологията и пазарът стават по-зрели.

Ограничения на традиционната епитаксична технология

Традиционни епитаксиални технологии за растеж на базирани на GAN материали катоMocvdиMBEОбикновено изискват високотемпературни условия, които не са приложими за аморфни субстрати като стъкло и пластмаси, тъй като тези материали не могат да издържат на по -високи температури на растеж. Например, често използваното плаващо стъкло ще омекне при условия над 600 ° C. Търсене на ниска температураЕпитаксия технология: С нарастващото търсене на нискотарифни и гъвкави оптоелектронни (електронни) устройства, има търсене на епитаксиално оборудване, което използва външна електрическо поле, за да пробие прекурсори на реакция при ниски температури. Тази технология може да се проведе при ниски температури, адаптирайки се към характеристиките на аморфните субстрати и осигуряването на възможността за приготвяне на нискотарифни и гъвкави (оптоелектронни) устройства.

2. Кристална структура на материали на базата на GAN

Тип кристална структура

Материалите на базата на GAN включват главно GAN, Inn, Aln и техните тройни и кватернерни твърди разтвори, с три кристални структури на Wurtzite, Sphalerite и Rock Salt, сред които най-стабилната структура на Wurtzite е. Сфалеритната структура е метастабилна фаза, която може да се трансформира в структурата на Вюрцит при висока температура и може да съществува в структурата на Вюрцит под формата на разломи на подреждане при по -ниски температури. Структурата на скалната сол е фазата на високо налягане на GAN и може да се появи само при изключително високо налягане.

Характеристика на кристалните равнини и качеството на кристалите

Общите кристални равнини включват полярна С-равнина, полуполярна S-равнина, R-равнина, N-равнина и неполярна A-равнина и M-равнина. Обикновено тънки филми на базата на GAN, получени чрез епитакси на сапфир и Si субстрати, са кристални ориентации на С-равнината.

3. Изисквания за епитакси на технологии и решения за внедряване

Необходимост от технологична промяна

С развитието на информатизацията и интелигентността търсенето на оптоелектронни устройства и електронни устройства има тенденция да бъде евтина и гъвкава. За да се отговори на тези нужди, е необходимо да се промени съществуващата епитаксиална технология на базата на GAN материали, особено за разработване на епитаксиална технология, която може да се проведе при ниски температури, за да се адаптира към характеристиките на аморфните субстрати.

Разработване на нискотемпературна епитаксиална технология

Епитаксиална технология с ниска температура, базирана на принципите нафизическо отлагане на пари (PVD)ихимическо отлагане на пари (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), активността засилена MOCVD (REMOCVD), електронния циклотронен резонансен плазмен, засилен MOCVD (ECR-PEMOCVD) и индуктивно свързан плазмен MoCVD (ICP-MOCVD), и т.н.

4. Технология с ниска температура на епитаксия, базирана на принципа на PVD

Типове технологии

Включително реактивно разпръскване на магнетрон, плазмено подпомагане MBE (PA-MBE), импулсно лазерно отлагане (PLD), импулсно отлагане на разпръскване (PSD) и лазерно подпомагане MBE (LMBE).

Технически характеристики

Тези технологии осигуряват енергия чрез използване на външно поле за свързване, за да йонизират източника на реакция при ниска температура, като по този начин намаляват температурата на напукване и постигат нискотемпературен епитаксиален растеж на материали на базата на GAN. Например, реактивната технология за разпръскване на магнетрон въвежда магнитно поле по време на процеса на разпръскване, за да се увеличи кинетичната енергия на електроните и да се увеличи вероятността от сблъсък с N2 и AR за повишаване на целевото разпръскване. В същото време той може също да ограничи плазмата с висока плътност над целта и да намали бомбардирането на йони върху субстрата.

Предизвикателства

Въпреки че развитието на тези технологии даде възможност да се подготвят евтини и гъвкави оптоелектронни устройства, те също са изправени пред предизвикателства по отношение на качеството на растежа, сложността на оборудването и разходите. Например, PVD технологията обикновено изисква висока вакуумна степен, която може ефективно да потисне предварителната реакция и да въведе някакво оборудване за мониторинг in-situ, което трябва да работи при висок вакуум (като RHEED, Langmuir сонда и т.н.), но това увеличава трудността на равномерното отлагане на големи райони, а експлоатацията и поддържането на високата вакуум е висока.

5. Епитаксиална технология с ниска температура въз основа на принципа на CVD

Типове технологии

Including remote plasma CVD (RPCVD), migration enhanced afterglow CVD (MEA-CVD), remote plasma enhanced MOCVD (RPEMOCVD), activity enhanced MOCVD (REMOCVD), electron cyclotron resonance plasma enhanced MOCVD (ECR-PEMOCVD) and inductively coupled plasma MOCVD (ICP-MOCVD).

Технически предимства

Тези технологии постигат растеж на полупроводникови материали III-нитрид като GAN и Inn при по-ниски температури, като се използват различни плазмени източници и реакционни механизми, което е благоприятно за равномерно отлагане и намаляване на разходите. Например, дистанционната плазмена CVD (RPCVD) технология използва ECR източник като плазмен генератор, който е плазмен генератор с ниско налягане, който може да генерира плазма с висока плътност. В същото време, чрез технологията на плазмената луминесценция (OES), 391 nm спектърът, свързан с N2+, е почти неоткриваем над субстрата, като по този начин се намалява бомбардирането на повърхността на пробата чрез високоенергийни йони.

Подобрете качеството на кристалите

Качеството на кристалите на епитаксиалния слой се подобрява чрез ефективно филтриране на високоенергийни заредени частици. Например, MEA-CVD технологията използва HCP източник, за да замени ECR плазмения източник на RPCVD, което го прави по-подходящ за генериране на плазма с висока плътност. Предимството на източника на HCP е, че няма замърсяване с кислород, причинено от кварцовия диелектричен прозорец и има по -висока плазмена плътност от плазмения източник на капацитивно свързване (CCP).

6. Обобщение и перспективи

Текущото състояние на нискотемпературната епитаксична технология

Чрез изследване и анализ на литературата е очертано текущото състояние на нискотемпературната епитаксична технология, включително технически характеристики, структура на оборудването, условия на труд и експериментални резултати. Тези технологии осигуряват енергия чрез външно поле на полето, ефективно намаляват температурата на растеж, адаптират се към характеристиките на аморфните субстрати и осигуряват възможност за приготвяне на евтини и гъвкави (OPTO) електронни устройства.

Бъдещи изследователски указания

Технологията с ниска температура епитаксия има широки перспективи за приложение, но тя все още е в изследователски етап. Той изисква задълбочени изследвания както от оборудването, така и от аспектите на процеса, за да се решават проблеми в инженерните приложения. Например, е необходимо допълнително да се проучи как да се получи плазма с по -висока плътност, докато се обмисли проблема с йонното филтриране в плазмата; как да се проектира структурата на устройството за хомогенизиране на газа, за да потисне ефективно предварително реакцията в кухината при ниски температури; Как да проектираме нагревателя на нискотемпературното епитаксиално оборудване, за да се избегне искрящи или електромагнитни полета, засягащи плазмата при определено налягане на кухината.

Очакван принос

Очаква се тази област да се превърне в потенциална посока на развитие и да допринесе за разработването на следващото поколение оптоелектронни устройства. С силното внимание и енергичното насърчаване на изследователите, тази област ще прерасне в потенциална посока на развитие в бъдеще и ще даде важен принос за развитието на следващото поколение (оптоелектронни) устройства.