GAN-baseret lavtemperatur epitaxy-teknologi

1. vigtigheden af ​​Gan-baserede materialer

Gan-baserede halvledermaterialer er vidt brugt til fremstilling af optoelektroniske enheder, elektroniske enheder og radiofrekvensmikrobølgeindretninger på grund af deres fremragende egenskaber, såsom brede båndgapegenskaber, høje nedbrydningsfeltstyrke og høj termisk ledningsevne. Disse enheder er blevet vidt brugt i industrier som halvlederbelysning, ultraviolette lyskilder i fast tilstand, solcelleanlæg, laserdisplay, fleksible displayskærme, mobilkommunikation, strømforsyninger, nye energikøretøjer, smarte gitter osv., Og teknologien og markedet bliver mere modne.

Begrænsninger af traditionel epitaxy -teknologi

Traditionelle epitaksiale vækstteknologier til GAN-baserede materialer såsomMOCVDogMBEkræver normalt høje temperaturforhold, som ikke er anvendelige til amorfe underlag, såsom glas og plast, fordi disse materialer ikke kan modstå højere væksttemperaturer. For eksempel blødgøres ofte anvendt floatglas under forhold over 600 ° C. Efterspørgsel efter lavtemperaturEpitaxy -teknologi: Med den stigende efterspørgsel efter lave omkostninger og fleksible optoelektroniske (elektroniske) enheder er der et efterspørgsel efter epitaksialudstyr, der bruger ekstern elektrisk feltenergi til at knække reaktionsforløbere ved lave temperaturer. Denne teknologi kan udføres ved lave temperaturer, tilpasse sig egenskaberne ved amorfe underlag og give muligheden for at forberede lave omkostninger og fleksible (optoelektroniske) enheder.

2. krystalstruktur af GAN-baserede materialer

Krystalstrukturtype

GAN-baserede materialer inkluderer hovedsageligt GaN, Inn, ALN og deres ternære og kvartære faste opløsninger med tre krystalstrukturer af wurtzit, sphalerit og klippesalt, blandt hvilke wurtzitstrukturen er den mest stabile. Sphaleritstrukturen er en metastabil fase, der kan omdannes til wurtzitstrukturen ved høj temperatur og kan eksistere i wurtzitstrukturen i form af stablingsfejl ved lavere temperaturer. Klippestrukturen er den højtryksfase af GaN og kan kun vises under ekstremt højtryksbetingelser.

Karakterisering af krystalfly og krystalkvalitet

Almindelige krystalfly inkluderer polær C-plan, semi-polær S-plan, R-plan, N-plan og ikke-polær A-plan og M-plan. Normalt er de GAN-baserede tynde film opnået ved epitaxy på safir- og SI-substrater C-plankrystallorienteringer.

3. Epitaxy -teknologikrav og implementeringsløsninger

Nødvendighed af teknologisk forandring

Med udviklingen af ​​informatisering og intelligens har efterspørgslen efter optoelektroniske enheder og elektroniske enheder en tendens til at være billige og fleksible. For at imødekomme disse behov er det nødvendigt at ændre den eksisterende epitaksiale teknologi for GAN-baserede materialer, især for at udvikle epitaksial teknologi, der kan udføres ved lave temperaturer for at tilpasse sig egenskaberne ved amorfe underlag.

Udvikling af epitaksial teknologi med lav temperatur

Epitaksial teknologi med lav temperatur baseret på principperne omFysisk dampaflejring (Pvd)ogKemisk dampaflejring (CVD), herunder reaktiv magnetron-sputtering, plasmaassisteret MBE (PA-MBE), pulseret laseraflejring (PLD), pulseret sputtering afsætning (PSD), laserassisteret MBE (LMBE), fjerntlig (RPEMOCVD), Aktivitetsforbedret MOCVD (REMOCVD), Electron Cyclotron Resonance Plasma-forbedret MOCVD (ECR-PEMOCVD) og induktivt koblet plasma MOCVD (ICP-MOCVD) osv.

4. lavtemperatur epitaxy-teknologi baseret på PVD-princip

Teknologityper

Inkluderet reaktiv magnetron-sputtering, plasmaassisteret MBE (PA-MBE), pulseret laseraflejring (PLD), pulserende sputteringaflejring (PSD) og laserassisteret MBE (LMBE).

Tekniske funktioner

Disse teknologier tilvejebringer energi ved at bruge eksternt feltkobling til at ionisere reaktionskilden ved lav temperatur og derved reducere dens revnetemperatur og opnå lavtemperaturepitaksial vækst af GAN-baserede materialer. For eksempel introducerer reaktive magnetron -sputtering -teknologi et magnetfelt under sputteringsprocessen for at øge elektronernes kinetiske energi og øge sandsynligheden for kollision med N2 og AR for at forbedre målsputtering. På samme tid kan det også begrænse plasma med høj densitet over målet og reducere bombardementet af ioner på underlaget.

Udfordringer

Selvom udviklingen af ​​disse teknologier har gjort det muligt at forberede lave omkostninger og fleksible optoelektroniske enheder, står de også over for udfordringer med hensyn til vækstkvalitet, udstyrskompleksitet og omkostninger. F.eks. Kræver PVD-teknologi normalt en høj vakuumgrad, som effektivt kan undertrykke præ-reaktion og indføre noget in-situ-overvågningsudstyr, der skal arbejde under højt vakuum (såsom RHEED, Langmuir-sonde osv.), Men det øger vanskeligheden ved ensartet deponering af store områder, og drift og vedligeholdelsesomkostninger for høje vakuum er høje.

5. Epitaksial teknologi med lav temperatur baseret på CVD-princip

Teknologityper

Inkluderet fjerntliggende plasma CVD (RPCVD), migration forbedret efterglød CVD (MEA-CVD), fjerntliggende plasmaforbedret MOCVD (RPEMOCVD), aktivitet forbedret MOCVD (remocvd), elektron cyclotron resonance plasma forbedret MOCVD (ECR-Pemocvd) og inductivt coupled plasma mocvd (ICP-MOCVD).

Tekniske fordele

Disse teknologier opnår væksten af ​​III-nitrid-halvledermaterialer såsom GaN og Inn ved lavere temperaturer ved anvendelse af forskellige plasmakilder og reaktionsmekanismer, hvilket er befordrende for ensartet deponering og omkostningsreduktion. F.eks. Bruger Remote Plasma CVD (RPCVD) -teknologi en ECR-kilde som en plasmagenerator, som er en lavtryksplasmagenerator, der kan generere plasma med høj densitet. På samme tid, gennem plasmaluminescensspektroskopi (OES) -teknologi, er 391 nm-spektret forbundet med N2+ næsten ikke påviselig over underlaget, hvilket reducerer bombardementet af prøvefladen med højenergiioner.

Forbedre krystalkvalitet

Krystallkvaliteten af ​​det epitaksiale lag forbedres ved effektivt filtrering af højenergi-ladede partikler. F.eks. Bruger MEA-CVD-teknologi en HCP-kilde til at erstatte ECR-plasmakilden til RPCVD, hvilket gør den mere velegnet til at generere plasma med høj densitet. Fordelen ved HCP -kilden er, at der ikke er nogen iltforurening forårsaget af det kvarts dielektriske vindue, og det har en højere plasmatæthed end den kapacitive kobling (CCP) plasmakilde.

6. Resumé og udsigter

Den aktuelle status for epitaxy-teknologi med lav temperatur

Gennem litteraturforskning og analyse er den aktuelle status for epitaxy-teknologi med lav temperatur skitseret, herunder tekniske egenskaber, udstyrsstruktur, arbejdsforhold og eksperimentelle resultater. Disse teknologier tilvejebringer energi gennem ekstern feltkobling, reducerer effektivt væksttemperaturen, tilpasser sig egenskaberne ved amorfe underlag og giver mulighed for at forberede lave omkostninger og fleksible (OPTO) elektroniske enheder.

Fremtidige forskningsretninger

Epitaxy-teknologi med lav temperatur har brede applikationsudsigter, men det er stadig i den sonderende fase. Det kræver dybdegående forskning fra både udstyr og procesaspekter for at løse problemer i tekniske applikationer. For eksempel er det nødvendigt at studere, hvordan man får et højere densitetsplasma, under overvejelse af ionfiltreringsproblemet i plasmaet; hvordan man designer strukturen af ​​gashomogeniseringsenheden til effektivt at undertrykke præreaktionen i hulrummet ved lave temperaturer; Sådan designer du varmelegemet på det lavtemperatur-epitaksiale udstyr for at undgå at gnist eller elektromagnetiske felter, der påvirker plasmaet ved et specifikt hulrumstryk.

Forventet bidrag

Det forventes, at dette felt vil blive en potentiel udviklingsretning og yde vigtige bidrag til udviklingen af ​​den næste generation af optoelektroniske enheder. Med den ivrige opmærksomhed og en kraftig fremme af forskere vil dette felt vokse til en potentiel udviklingsretning i fremtiden og yde vigtige bidrag til udviklingen af ​​den næste generation af (optoelektroniske) enheder.