GAN-gebaseerde epitaxy-technologie op lage temperatuur

1. Het belang van op GAN gebaseerde materialen

GAN-gebaseerde halfgeleidermaterialen worden veel gebruikt bij het bereiden van opto-elektronische apparaten, elektronische apparaten van stroom en radiofrequentie Microgolfapparaten vanwege hun uitstekende eigenschappen zoals brede bandgap-eigenschappen, hoge afbraakveldsterkte en hoge thermische geleidbaarheid. Deze apparaten zijn veel gebruikt in industrieën zoals halfgeleiderverlichting, ultraviolette lichte lichtbronnen in vaste toestand, fotovoltaïsche zonne-energie, laserweergave, flexibele displayschermen, mobiele communicatie, voedingen, nieuwe energievoertuigen, slimme rasters, enz., En de technologie en de markt worden steeds volwassener.

Beperkingen van traditionele epitaxy -technologie

Traditionele epitaxiale groeitchnologieën voor GAN-gebaseerde materialen zoalsMoCVDEnMBEvereisen meestal hoge temperatuurcondities, die niet van toepassing zijn op amorfe substraten zoals glas en kunststoffen omdat deze materialen niet bestand zijn tegen hogere groeitemperaturen. Vaak gebruikt floatglas wordt bijvoorbeeld verzacht onder omstandigheden van meer dan 600 ° C. Vraag naar lage temperatuurEpitaxy -technologie: Met de toenemende vraag naar goedkope en flexibele opto-elektronische (elektronische) apparaten, is er een vraag naar epitaxiale apparatuur die externe elektrische veldergie gebruikt om voorlopers te scheuren bij lage temperaturen. Deze technologie kan worden uitgevoerd bij lage temperaturen, aanpassing aan de kenmerken van amorfe substraten en de mogelijkheid bieden om goedkope en flexibele (opto-elektronische) apparaten te bereiden.

2. Kristalstructuur van op GAN gebaseerde materialen

Type kristalstructuur

GAN-gebaseerde materialen omvatten voornamelijk GAN, Inn, ALN en hun ternaire en quaternaire vaste oplossingen, met drie kristalstructuren van wurtziet, sphaleriet en rotszout, waaronder de wurtzietstructuur het meest stabiel is. De sphalerietstructuur is een metastabiele fase, die kan worden omgezet in de wurtzietstructuur bij hoge temperatuur en kan bestaan ​​in de wurtzietstructuur in de vorm van stapelfouten bij lagere temperaturen. De rotszoutstructuur is de hogedrukfase van GAN en kan alleen verschijnen onder extreem hoge drukomstandigheden.

Karakterisering van kristalvliegtuigen en kristalkwaliteit

Gemeenschappelijke kristalvliegtuigen omvatten polair C-vlak, semi-polair S-vlak, R-vlak, N-vlak en niet-polair A-vlak en M-vlak. Gewoonlijk zijn de op GAN gebaseerde dunne films verkregen door Epitaxy op Sapphire- en Si-substraten C-Plane-kristaloriëntaties.

3. Epitaxy -technologievereisten en implementatieoplossingen

Noodzaak van technologische verandering

Met de ontwikkeling van informatisatie en intelligentie is de vraag naar opto-elektronische apparaten en elektronische apparaten meestal goedkoop en flexibel. Om aan deze behoeften te voldoen, is het noodzakelijk om de bestaande epitaxiale technologie van op GAN gebaseerde materialen te wijzigen, vooral om epitaxiale technologie te ontwikkelen die bij lage temperaturen kan worden uitgevoerd om zich aan te passen aan de kenmerken van amorfe substraten.

Ontwikkeling van epitaxiale technologie met lage temperatuur

Epitaxiale technologie voor lage temperatuur op basis van de principes vanFysieke dampafzetting (PVD)Enchemische dampafzetting (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), activiteit Verbeterde MOCVD (REMOCVD), elektroncyclotron resonantie plasma verbeterde MOCVD (ECR-PemocvD) en inductief gekoppelde plasma MOCVD (ICP-MOCVD), enz.

4. Epitaxy-technologie met lage temperatuur op basis van het PVD-principe

Technologietypen

Inclusief reactieve magnetronsputteren, plasma-geassisteerde MBE (PA-MBE), gepulseerde laserafzetting (PLD), gepulseerde sputterdepositie (PSD) en laserondersteunde MBE (LMBE).

Technische kenmerken

Deze technologieën bieden energie door externe veldkoppeling te gebruiken om de reactiebron bij lage temperatuur te ioniseren, waardoor de barstemperatuur wordt verlaagd en epitaxiale groei op lage temperatuur van op GAN gebaseerde materialen wordt bereikt. Reactieve magnetron sputteringstechnologie introduceert bijvoorbeeld een magnetisch veld tijdens het sputterproces om de kinetische energie van elektronen te vergroten en de kans op botsing met N2 en AR te vergroten om doelsputteren te verbeteren. Tegelijkertijd kan het ook plasma met hoge dichtheid boven het doelwit beperken en het bombardement van ionen op het substraat verminderen.

Uitdagingen

Hoewel de ontwikkeling van deze technologieën het mogelijk heeft gemaakt om goedkope en flexibele opto-elektronische apparaten voor te bereiden, staan ​​ze ook voor uitdagingen in termen van groeicwaliteit, complexiteit van apparatuur en kosten. PVD-technologie vereist bijvoorbeeld meestal een hoge vacuümdiploma, die effectief de pre-reactie kan onderdrukken en enkele in-situ bewakingsapparatuur kan introduceren die onder hoog vacuüm moeten werken (zoals Rheed, Langmuir-sonde, enz.), Maar het verhoogt de moeilijkheid van groot-gebied uniforme afzetting en de werking en het onderhoudskosten van het hoogvacatuum is hoog.

5. Epitaxiale technologie met lage temperatuur op basis van het CVD-principe

Technologietypen

Inclusief externe plasma CVD (RPCVD), migratie verbeterde nasglow CVD (MEA-CVD), externe plasma verbeterde MOCVD (RPEMOCVD), activiteit Verbeterde MOCVD (Remocvd), elektronencyclotron-resonantie Plasma Verbeterde MOCVD (ECR-PEMOCVD) en inductief gekoppeld Plasma MOCVD PLASMA MOCVD PLASMA MOCVD PLASMA MOCVD. (ICP-MOCVD).

Technische voordelen

Deze technologieën bereiken de groei van III-nitride halfgeleidermaterialen zoals GAN en herberg bij lagere temperaturen door verschillende plasma-bronnen en reactiemechanismen te gebruiken, die bevorderlijk zijn voor uniforme afzetting met een groot gebied en kostenreductie. PLASMA CVD (RPCVD) -technologie op afstand gebruikt bijvoorbeeld een ECR-bron als een plasma-generator, een plasmagerator met lage druk die plasma met hoge dichtheid kan genereren. Tegelijkertijd is het 391 nm-spectrum geassocieerd met N2+ via de plasmavasma-luminescentie-spectroscopie (OES) -technologie bijna niet detecteerbaar boven het substraat, waardoor het bombardement van het monsteroppervlak wordt verminderd door hoge energie ionen.

Verbeter de kristalkwaliteit

De kristalkwaliteit van de epitaxiale laag wordt verbeterd door effectief hoge energieke geladen deeltjes te filteren. MEA-CVD-technologie gebruikt bijvoorbeeld een HCP-bron om de ECR-plasmabron van RPCVD te vervangen, waardoor het geschikter is voor het genereren van plasma met hoge dichtheid. Het voordeel van de HCP -bron is dat er geen zuurstofverontreiniging is veroorzaakt door het kwarts -diëlektrische venster, en het heeft een hogere plasmadichtheid dan de capacitieve koppeling (CCP) plasmabron.

6. Samenvatting en vooruitzichten

De huidige status van epitaxy-technologie met lage temperatuur

Door middel van literatuuronderzoek en -analyse wordt de huidige status van epitaxy-technologie voor lage temperatuur uiteengezet, inclusief technische kenmerken, apparatuurstructuur, werkomstandigheden en experimentele resultaten. Deze technologieën bieden energie door externe veldkoppeling, verlaagt effectief de groeitemperatuur, passen zich aan de kenmerken van amorfe substraten aan en bieden de mogelijkheid om goedkope en flexibele (OptO) elektronische apparaten te bereiden.

Toekomstige onderzoeksrichtingen

Epitaxy-technologie met lage temperatuur heeft brede toepassingsperspectieven, maar het bevindt zich nog in de verkennende fase. Het vereist diepgaand onderzoek van zowel de apparatuur als de procesaspecten om problemen in technische toepassingen op te lossen. Het is bijvoorbeeld noodzakelijk om verder te bestuderen hoe een plasma met een hogere dichtheid te verkrijgen en tegelijkertijd het probleem van het ionenfiltering in het plasma te overwegen; hoe de structuur van het gashomogenisatie-apparaat te ontwerpen om de pre-reactie in de holte bij lage temperaturen effectief te onderdrukken; Hoe de verwarming van de epitaxiale apparatuur met lage temperatuur te ontwerpen om te voorkomen dat vonk- of elektromagnetische velden het plasma beïnvloeden bij een specifieke holtdruk.

Verwachte bijdrage

Verwacht wordt dat dit veld een potentiële ontwikkelingsrichting zal worden en belangrijke bijdragen zal leveren aan de ontwikkeling van de volgende generatie opto -elektronische apparaten. Met de scherpe aandacht en krachtige promotie van onderzoekers, zal dit veld in de toekomst uitgroeien tot een potentiële ontwikkelingsrichting en belangrijke bijdragen leveren aan de ontwikkeling van de volgende generatie (opto -elektronische) apparaten.