GaN-n oinarritutako tenperatura baxuko epitaxia teknologia

1. GaN oinarritutako materialen garrantzia

GaN-oinarritutako material erdieroaleak oso erabiliak dira gailu optoelektronikoak, potentzia-gailu elektronikoak eta irrati-maiztasuneko mikrouhin-gailuak prestatzeko, propietate bikainengatik, hala nola banda hutsunearen ezaugarriak, matxura-eremuaren indar handia eta eroankortasun termiko handia. Gailu hauek oso erabiliak izan dira industrietan, hala nola erdieroaleen argiztapena, egoera solidoko argi ultramorea, eguzki fotovoltaikoa, laser pantaila, pantaila malguak, komunikazio mugikorrak, elikatze-iturnikak, energia-iturburu berriak, sare adimendunak, etab., eta teknologia eta merkatua gero eta helduagoa da.

Epitaxia teknologia tradizionalaren mugak

Hazkuntza epitaxialeko teknologia tradizionalak GaN oinarritutako materialetarako, esaterakoMOCVDetaMBEnormalean tenperatura altuko baldintzak eskatzen dituzte, substratu amorfoei aplikatzen ez zaizkienak, hala nola beira eta plastikoetan, material horiek ezin baitute hazkuntza-tenperatura handiagoak jasan. Adibidez, erabili ohi den beira flotatua 600 °C-tik gorako baldintzetan leundu egingo da. Tenperatura baxurako eskariaepitaxia teknologia: Gailu optoelektroniko (elektronikoak) kostu baxuko eta malguen eskaera gero eta handiagoa dela eta, tenperatura baxuetan erreakzio-aitzindariak pitzatzeko kanpoko eremu elektrikoaren energia erabiltzen duten ekipamendu epitaxialen eskaera dago. Teknologia hau tenperatura baxuetan egin daiteke, substratu amorfoen ezaugarrietara egokituz, eta kostu baxuko eta malguko gailu (optoelektronikoak) prestatzeko aukera emanez.

2. GaN oinarritutako materialen kristal egitura

Kristalezko egitura mota

GaN oinarritutako materialen artean, batez ere, GaN, InN, AlN eta haien soluzio solido ternario eta kuaternarioak daude, wurtzita, esfalerita eta harri-gatzaren hiru kristal-egiturarekin, horien artean wurtzita egitura egonkorrena da. Esfalerita-egitura fase metaegonkorra da, tenperatura altuan wurtzita-egitura bihur daitekeena, eta wurtzita-egituran egon daiteke tenperatura baxuagoetan pilaketa-faila moduan. Harri-gatzaren egitura GaN-ren presio altuko fasea da eta oso presio altuko baldintzetan bakarrik ager daiteke.

Plano kristalinoen karakterizazioa eta kristalaren kalitatea

Kristal-plano arruntak c-plano polarra, s-plano erdi-polarra, r-planoa, n-planoa eta a-plano ez-polarra eta m-planoa dira. Normalean, zafiro eta Si substratuetan epitaxiaren bidez lortutako GaN-oinarritutako film meheak c-planoko kristalen orientazioak dira.

3. Epitaxia teknologiaren eskakizunak eta ezarpen-soluzioak

Aldaketa teknologikoaren beharra

Informatizazioaren eta adimenaren garapenarekin, gailu optoelektronikoen eta gailu elektronikoen eskaria kostu baxua eta malgua izan ohi da. Behar horiei erantzuteko, beharrezkoa da GaN-n oinarritutako materialen dagoen teknologia epitaxiala aldatzea, batez ere substratu amorfoen ezaugarrietara egokitzeko tenperatura baxuetan egin daitekeen teknologia epitaxiala garatzea.

Tenperatura baxuko epitaxia teknologiaren garapena

Tenperatura baxuko teknologia epitaxialaren printzipioetan oinarritutalurrun-deposizio fisikoa (PVD)etalurrun-deposizio kimikoa (CVD), magnetron sputtering erreaktiboa barne, plasmaz lagundutako MBE (PA-MBE), pultsatuko laser deposizioa (PLD), pultsatuko sputtering deposizioa (PSD), laser bidez lagundutako MBE (LMBE), urruneko plasma CVD (RPCVD), migrazioa hobetutako distira CVD ( MEA-CVD), urruneko plasma hobetutako MOCVD (RPEMOCVD), jarduera hobetutako MOCVD (REMOCVD), elektroi ziklotroi erresonantziazko plasma hobetutako MOCVD (ECR-PEMOCVD) eta induktiboki akoplatutako plasma MOCVD (ICP-MOCVD), etab.

4. PVD printzipioan oinarritutako tenperatura baxuko epitaxia teknologia

Teknologia motak

Magnetron sputtering erreaktiboa, plasmaz lagundutako MBE (PA-MBE), pultsatuko laser deposizioa (PLD), pultsatuko sputtering deposizioa (PSD) eta laser bidez lagundutako MBE (LMBE) barne.

Ezaugarri teknikoak

Teknologia hauek energia ematen dute kanpoko eremu-akoplamendua erabiliz erreakzio-iturria tenperatura baxuan ionizatzeko, eta horrela bere pitzadura-tenperatura murrizten dute eta GaN-oinarritutako materialen tenperatura baxuko hazkuntza epitaxiala lortzen da. Adibidez, magnetroi erreaktiboak sputtering teknologiak eremu magnetiko bat sartzen du sputtering prozesuan elektroien energia zinetikoa handitzeko eta N2 eta Ar-ekin talka egiteko probabilitatea handitzeko xede-sputtering hobetzeko. Aldi berean, dentsitate handiko plasma ere mugatu dezake xedearen gainetik eta substratuan ioien bonbardaketa murrizten du.

Erronkak

Teknologia hauen garapenak kostu baxuko eta malguko gailu optoelektronikoak prestatzea ahalbidetu badu ere, hazkuntza-kalitateari, ekipoen konplexutasunari eta kostuari dagokionez ere erronkak dituzte. Esate baterako, PVD teknologiak normalean huts-maila handia behar du, eta horrek eraginkortasunez kendu dezake aurre-erreakzioa eta in situ monitorizazio-ekipo batzuk sartu huts handipean lan egin behar dutenak (adibidez, RHEED, Langmuir zunda, etab.), baina zailtasuna areagotzen du. eremu zabaleko jalkitze uniformea, eta huts handiaren funtzionamendu eta mantentze-kostua altua da.

5. CVD printzipioan oinarritutako tenperatura baxuko epitaxia teknologia

Teknologia motak

Urruneko plasma CVD (RPCVD), migrazioaren ondorengo distira hobetua (MEA-CVD), urruneko plasma hobetutako MOCVD (RPEMOCVD), jarduera hobetutako MOCVD (REMOCVD), elektroi ziklotroi erresonantziazko plasma hobetutako MOCVD (ECR-PEMOCVD) eta induktiboki akoplatutako plasma MOCVD barne ( ICP-MOCVD).

Abantaila teknikoak

Teknologia hauek GaN eta InN bezalako III-nitrurozko material erdieroaleen hazkuntza lortzen dute tenperatura baxuagoetan, plasma iturri eta erreakzio-mekanismo desberdinak erabiliz, eta horrek eremu zabaleko jalkitze uniformea ​​eta kostuak murriztea laguntzen du. Adibidez, urrutiko plasma CVD (RPCVD) teknologiak ECR iturri bat erabiltzen du plasma-sorgailu gisa, hau da, presio baxuko plasma-sorgailu bat, dentsitate handiko plasma sor dezakeena. Aldi berean, plasmako lumineszentzia espektroskopia (OES) teknologiaren bidez, N2+-ri lotutako 391 nm-ko espektroa ia detektaezina da substratuaren gainean, eta horrela laginaren gainazalaren bonbardaketa murrizten da energia handiko ioiek.

Hobetu kristalaren kalitatea

Geruza epitaxialaren kristalaren kalitatea hobetzen da energia handiko partikula kargatuak eraginkortasunez iragaziz. Esaterako, MEA-CVD teknologiak HCP iturri bat erabiltzen du RPCVDren ECR plasma iturria ordezkatzeko, eta dentsitate handiko plasma sortzeko egokiagoa da. HCP iturriaren abantaila da kuartzozko leiho dielektrikoak eragindako oxigeno kutsadurarik ez dagoela eta plasma-dentsitate handiagoa duela akoplamendu capacitive (CCP) plasma iturriak baino.

6. Laburpena eta aurreikuspena

Tenperatura baxuko epitaxia teknologiaren egungo egoera

Literaturaren ikerketa eta analisiaren bidez, tenperatura baxuko epitaxia teknologiaren egungo egoera azaltzen da, ezaugarri teknikoak, ekipoen egitura, lan baldintzak eta emaitza esperimentalak barne. Teknologia hauek kanpoko eremuaren akoplamenduaren bidez energia ematen dute, hazkuntza-tenperatura eraginkortasunez murrizten dute, substratu amorfoen ezaugarrietara egokitzen dira eta kostu baxuko eta malguak (opto) gailu elektronikoak prestatzeko aukera ematen dute.

Etorkizuneko ikerketa-ildoak

Tenperatura baxuko epitaxia teknologiak aplikazio aukera zabalak ditu, baina esplorazio fasean dago oraindik. Ingeniaritza-aplikazioetako arazoak ebazteko ekipoen zein prozesuen alderdietatik ikerketa sakona behar da. Esaterako, dentsitate handiagoko plasma nola lortu gehiago aztertu behar da, plasmako ioien iragazketa arazoa kontuan hartuta; nola diseinatu gasa homogeneizatzeko gailuaren egitura tenperatura baxuetan barrunbean aurre-erreakzioa modu eraginkorrean ezabatzeko; nola diseinatu tenperatura baxuko ekipo epitaxialaren berogailua, barrunbe-presio zehatz batean plasmari eragiten dioten txinparta edo eremu elektromagnetikoak saihesteko.

Espero den ekarpena

Eremu hau garapen-norabide potentzial bihurtuko dela eta hurrengo belaunaldiko gailu optoelektronikoen garapenean ekarpen garrantzitsuak egitea espero da. Ikertzaileen arreta biziarekin eta sustapen indartsuarekin, eremu hau etorkizunean garapen potentzial batean haziko da eta ekarpen garrantzitsuak egingo ditu hurrengo belaunaldiko gailu (optoelektronikoak) garatzeko.