GaN əsaslı aşağı temperaturlu epitaksiya texnologiyası

1. GaN əsaslı materialların əhəmiyyəti

GaN əsaslı yarımkeçirici materiallar geniş diapazon xüsusiyyətləri, yüksək qırılma sahəsi gücü və yüksək istilik keçiriciliyi kimi əla xüsusiyyətlərinə görə optoelektronik cihazların, güc elektron cihazlarının və radiotezlikli mikrodalğalı cihazların hazırlanmasında geniş istifadə olunur. Bu cihazlar yarımkeçirici işıqlandırma, bərk cisimli ultrabənövşəyi işıq mənbələri, günəş fotovoltaikləri, lazer displey, çevik displey ekranları, mobil rabitə, enerji təchizatı, yeni enerji vasitələri, ağıllı şəbəkələr və s. kimi sahələrdə geniş istifadə edilmişdir. bazar daha yetkinləşir.

Ənənəvi epitaksiya texnologiyasının məhdudiyyətləri

kimi GaN əsaslı materiallar üçün ənənəvi epitaksial böyümə texnologiyalarıMOCVDvəMBEadətən yüksək temperatur şəraiti tələb edir ki, bu da şüşə və plastik kimi amorf substratlara tətbiq olunmur, çünki bu materiallar daha yüksək böyümə temperaturlarına tab gətirə bilmir. Məsələn, tez-tez istifadə olunan float şüşə 600 ° C-dən çox olan şəraitdə yumşalacaq. Aşağı temperatur tələbiepitaksiya texnologiyası: Ucuz və çevik optoelektronik (elektron) cihazlara artan tələbatla aşağı temperaturda reaksiya prekursorlarını sındırmaq üçün xarici elektrik sahəsi enerjisindən istifadə edən epitaksial avadanlıqlara tələbat var. Bu texnologiya amorf substratların xüsusiyyətlərinə uyğunlaşaraq aşağı temperaturda həyata keçirilə bilər və ucuz və çevik (optoelektron) cihazların hazırlanması imkanını təmin edir.

2. GaN əsaslı materialların kristal quruluşu

Kristal quruluş növü

GaN əsaslı materiallara əsasən GaN, InN, AlN və onların üçlü və dördüncü bərk məhlulları daxildir, bunlar arasında vurtsit strukturu ən sabit olanı üç kristal quruluşlu vurtsit, sfalerit və qaya duzu ilə. Sfalerit strukturu metastabil fazadır, yüksək temperaturda vurtsit strukturuna çevrilə bilər və aşağı temperaturda yığılma çatları şəklində vürtsit strukturunda mövcud ola bilər. Qaya duzunun strukturu GaN-nin yüksək təzyiq mərhələsidir və yalnız son dərəcə yüksək təzyiq şəraitində görünə bilər.

Kristal müstəvilərin xarakteristikası və kristal keyfiyyəti

Ümumi kristal müstəvilərə qütb c-müstəvisi, yarımqütblü s-müstəvisi, r-müstəvisi, n-müstəvisi və qeyri-qütblü a-müstəvisi və m-müstəvisi daxildir. Adətən, sapfir və Si substratlarında epitaksiya ilə əldə edilən GaN əsaslı nazik təbəqələr c-müstəvi kristal istiqamətləridir.

3. Epitaksiya texnologiyası tələbləri və tətbiq həlləri

Texnoloji dəyişikliyin zəruriliyi

İnformasiyalaşdırma və kəşfiyyatın inkişafı ilə optoelektronik cihazlara və elektron cihazlara tələbat aşağı qiymətə və çevik olmağa meyllidir. Bu ehtiyacları ödəmək üçün GaN əsaslı materialların mövcud epitaksial texnologiyasını dəyişdirmək, xüsusilə amorf substratların xüsusiyyətlərinə uyğunlaşmaq üçün aşağı temperaturda həyata keçirilə bilən epitaksial texnologiyanı inkişaf etdirmək lazımdır.

Aşağı temperaturlu epitaksial texnologiyanın inkişafı

prinsiplərinə əsaslanan aşağı temperaturlu epitaksial texnologiyafiziki buxar çökməsi (PVD)vəkimyəvi buxar çökməsi (CVD), o cümlədən reaktiv maqnetron püskürtmə, plazma ilə dəstəklənən MBE (PA-MBE), impulslu lazer çöküntüsü (PLD), impulslu püskürtmə çökmə (PSD), lazer yardımlı MBE (LMBE), uzaq plazma CVD (RPCVD), miqrasiya ilə gücləndirilmiş parıltı CVD ( MEA-CVD), uzaqdan plazma ilə gücləndirilmiş MOCVD (RPEMOCVD), fəaliyyəti gücləndirilmiş MOCVD (REMOCVD), elektron siklotron rezonans plazma gücləndirilmiş MOCVD (ECR-PEMOCVD) və induktiv olaraq birləşdirilmiş plazma MOCVD (ICP-MOCVD) və s.

4. PVD prinsipinə əsaslanan aşağı temperaturlu epitaksiya texnologiyası

Texnologiya növləri

O cümlədən reaktiv maqnetron püskürtmə, plazma ilə dəstəklənən MBE (PA-MBE), impulslu lazer çöküntüsü (PLD), impulslu püskürtmə çöküntüsü (PSD) və lazer yardımlı MBE (LMBE).

Texniki xüsusiyyətlər

Bu texnologiyalar aşağı temperaturda reaksiya mənbəyini ionlaşdırmaq üçün xarici sahə birləşməsindən istifadə etməklə enerji təmin edir, bununla da onun krekinq temperaturunu azaldır və GaN əsaslı materialların aşağı temperaturda epitaksial artımına nail olur. Məsələn, reaktiv maqnetron püskürtmə texnologiyası elektronların kinetik enerjisini artırmaq və hədəf püskürtməni artırmaq üçün N2 və Ar ilə toqquşma ehtimalını artırmaq üçün püskürtmə prosesi zamanı bir maqnit sahəsi təqdim edir. Eyni zamanda, o, həmçinin yüksək sıxlıqlı plazmanı hədəfin üstündə məhdudlaşdıra və substratda ionların bombardmanını azalda bilər.

Çağırışlar

Bu texnologiyaların inkişafı ucuz və çevik optoelektronik cihazların hazırlanmasına imkan yaratsa da, onlar həm də artım keyfiyyəti, avadanlığın mürəkkəbliyi və qiymət baxımından problemlərlə üzləşirlər. Məsələn, PVD texnologiyası adətən yüksək vakuum dərəcəsi tələb edir ki, bu da ilkin reaksiyanı effektiv şəkildə yatıra və yüksək vakuum altında işləməli olan bəzi in-situ monitorinq avadanlığını təqdim edə bilər (məsələn, RHEED, Langmuir probu və s.), lakin bu, çətinliyi artırır. geniş ərazi vahid çöküntüsü və yüksək vakuumun istismarı və saxlanması xərcləri yüksəkdir.

5. CVD prinsipinə əsaslanan aşağı temperaturlu epitaksial texnologiya

Texnologiya növləri

O cümlədən uzaq plazma CVD (RPCVD), miqrasiya ilə gücləndirilmiş parıldayan CVD (MEA-CVD), uzaqdan plazma ilə gücləndirilmiş MOCVD (RPEMOCVD), aktivləşdirilmiş MOCVD (REMOCVD), elektron siklotron rezonans plazma gücləndirilmiş MOCVD (ECR-PEMOCVD) və induktiv birləşdirilmiş MOCVD ICP-MOCVD).

Texniki üstünlüklər

Bu texnologiyalar müxtəlif plazma mənbələri və reaksiya mexanizmlərindən istifadə etməklə GaN və InN kimi III-nitridli yarımkeçirici materialların daha aşağı temperaturlarda böyüməsinə nail olur ki, bu da geniş ərazilərdə vahid çökmə və xərclərin azaldılmasına şərait yaradır. Məsələn, uzaq plazma CVD (RPCVD) texnologiyası yüksək sıxlıqlı plazma yarada bilən aşağı təzyiqli plazma generatoru olan plazma generatoru kimi ECR mənbəyindən istifadə edir. Eyni zamanda, plazma lüminesans spektroskopiyası (OES) texnologiyası vasitəsilə N2+ ilə əlaqəli 391 nm spektri substratın üstündə demək olar ki, aşkar edilmir və bununla da nümunə səthinin yüksək enerjili ionlar tərəfindən bombardmanını azaldır.

Kristal keyfiyyətini yaxşılaşdırın

Epitaksial təbəqənin kristal keyfiyyəti yüksək enerjili yüklü hissəciklərin effektiv şəkildə süzülməsi ilə yaxşılaşdırılır. Məsələn, MEA-CVD texnologiyası RPCVD-nin ECR plazma mənbəyini əvəz etmək üçün HCP mənbəyindən istifadə edir və onu yüksək sıxlıqlı plazma yaratmaq üçün daha uyğun edir. HCP mənbəyinin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, kvars dielektrik pəncərəsinin yaratdığı oksigenlə çirklənmə yoxdur və onun plazma sıxlığı kapasitiv birləşmə (CCP) plazma mənbəyindən daha yüksəkdir.

6. Xülasə və Outlook

Aşağı temperaturlu epitaksiya texnologiyasının hazırkı vəziyyəti

Ədəbiyyat araşdırması və təhlili vasitəsilə aşağı temperaturlu epitaksiya texnologiyasının mövcud vəziyyəti, o cümlədən texniki xüsusiyyətləri, avadanlıq strukturu, iş şəraiti və eksperimental nəticələr göstərilir. Bu texnologiyalar xarici sahə birləşmələri vasitəsilə enerji verir, böyümə temperaturunu effektiv şəkildə azaldır, amorf substratların xüsusiyyətlərinə uyğunlaşır və ucuz və çevik (opto) elektron cihazların hazırlanması imkanını təmin edir.

Gələcək tədqiqat istiqamətləri

Aşağı temperaturlu epitaksiya texnologiyası geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir, lakin hələ də kəşfiyyat mərhələsindədir. Mühəndislik tətbiqlərində problemləri həll etmək üçün həm avadanlıq, həm də proses aspektlərindən dərin araşdırma tələb edir. Məsələn, plazmada ionların süzülməsi problemini nəzərdən keçirərkən daha yüksək sıxlıqlı plazmanın necə alınacağını daha da öyrənmək lazımdır; aşağı temperaturda boşluqda ilkin reaksiyanı effektiv şəkildə yatırmaq üçün qazın homogenləşdirmə qurğusunun strukturunu necə tərtib etməyi; xüsusi boşluq təzyiqində plazmaya təsir edən qığılcımların və ya elektromaqnit sahələrinin qarşısını almaq üçün aşağı temperaturlu epitaksial avadanlığın qızdırıcısını necə dizayn etmək olar.

Gözlənilən töhfə

Bu sahənin potensial inkişaf istiqamətinə çevriləcəyi və gələcək nəsil optoelektronik cihazların inkişafına mühüm töhfələr verəcəyi gözlənilir. Tədqiqatçıların ciddi diqqəti və güclü təşviqi ilə bu sahə gələcəkdə potensial inkişaf istiqamətinə çevriləcək və gələcək nəsil (optoelektronik) cihazların inkişafına mühüm töhfələr verəcəkdir.