Tecnologia epitassia a bassa temperatura a base di GAN

1. L'importanza dei materiali a base di GAN

I materiali a semiconduttore a base di GAN sono ampiamente utilizzati nella preparazione di dispositivi optoelettronici, dispositivi elettronici di potenza e dispositivi a microonde a radiofrequenza grazie alle loro eccellenti proprietà come caratteristiche di gap di banda ampia, elevata resistenza al campo di rottura e alta conducibilità termica. Questi dispositivi sono stati ampiamente utilizzati in settori come l'illuminazione dei semiconduttori, le fonti di luce ultravioletta a stato solido, il fotovoltaico solare, la visualizzazione laser, gli schermi di visualizzazione flessibili, le comunicazioni mobili, gli alimentari, i nuovi veicoli energetici, le griglie intelligenti, ecc. E la tecnologia e il mercato stanno diventando più maturi.

Limitazioni della tradizionale tecnologia dell'epitassia

Tecnologie tradizionali di crescita epitassiale per materiali a base di GAN comeMocvdEMbeDi solito richiedono condizioni ad alta temperatura, che non sono applicabili a substrati amorfi come vetro e materie plastiche perché questi materiali non possono resistere a temperature di crescita più elevate. Ad esempio, il vetro galleggiante comunemente usato si ammorbidirà in condizioni superiori a 600 ° C. Domanda di bassa temperaturaTecnologia epitassia: Con la crescente domanda di dispositivi optoelettronici (elettronici) a basso costo e flessibili, esiste una domanda di apparecchiature epitassiali che utilizzano l'energia del campo elettrico esterno per rompere i precursori di reazione a basse temperature. Questa tecnologia può essere eseguita a basse temperature, adattandosi alle caratteristiche dei substrati amorfi e fornendo la possibilità di preparare dispositivi a basso costo e flessibili (optoelettronici).

2. Struttura cristallina dei materiali a base di GAN

Tipo di struttura cristallina

I materiali a base di GAN includono principalmente Gan, Inn, Aln e le loro soluzioni solide ternarie e quaternarie, con tre strutture cristalline di wurtzite, sfalerite e salsa di roccia, tra cui la struttura della wurtzite è la più stabile. La struttura della sfalerite è una fase metastabile, che può essere trasformata nella struttura della wurtzite ad alta temperatura e può esistere nella struttura della wurtzite sotto forma di guasti di impilamento a temperature più basse. La struttura del salto di roccia è la fase ad alta pressione del GAN ​​e può apparire solo in condizioni di pressione estremamente elevata.

Caratterizzazione di piani di cristallo e qualità cristallina

I piani di cristallo comuni comprendono il piano C polare, il piano S semi-polare, il piano R, il piano N e il piano A non polare e il piano M. Di solito, i film sottili a base di GAN ottenuti dall'epitassia su substrati di zaffiro e SI sono orientamenti in cristallo del piano C.

3. Requisiti tecnologici epitaxy e soluzioni di implementazione

Necessità di cambiamento tecnologico

Con lo sviluppo di informatizzazione e intelligenza, la domanda di dispositivi optoelettronici e dispositivi elettronici tende ad essere a basso costo e flessibile. Al fine di soddisfare queste esigenze, è necessario modificare la tecnologia epitassiale esistente dei materiali a base di GAN, in particolare per sviluppare una tecnologia epitassiale che può essere effettuata a basse temperature per adattarsi alle caratteristiche dei substrati amorfi.

Sviluppo di tecnologia epitassiale a bassa temperatura

Tecnologia epitassiale a bassa temperatura basata sui principi dideposizione di vapore fisico (Pvd)Edeposizione di vapore chimico (CVD), compresa lo sputtering del magnetron reattivo, MBE assistito dal plasma (PA-MBE), deposizione laser pulsata (PLD), deposizione di sputtering pulsata (PSD), MBE assistito dal laser (LMBE) remoto Mocvd (RPEMOCVD), MOCVD MOCVD (REMOCVD), MOCVD del ciclotrone elettronico (ECR-PEMOCVD) e MOCP-MOCVD), ecc.

4. Tecnologia di epitassia a bassa temperatura basata sul principio Pvd

Tipi di tecnologia

Tra cui sputtering reattivo del magnetron, MBE assistito dal plasma (PA-MBE), deposizione laser pulsata (PLD), deposizione di sputtering pulsato (PSD) e MBE assistito laser (LMBE).

Caratteristiche tecniche

Queste tecnologie forniscono energia utilizzando un accoppiamento sul campo esterno per ionizzare la fonte di reazione a bassa temperatura, riducendo così la sua temperatura di cracking e ottenendo una crescita epitassiale a bassa temperatura dei materiali a base di GAN. Ad esempio, la tecnologia di sputtering reattivo del magnetron introduce un campo magnetico durante il processo di sputtering per aumentare l'energia cinetica degli elettroni e aumentare la probabilità di collisione con N2 e AR per migliorare lo sputtering target. Allo stesso tempo, può anche limitare il plasma ad alta densità sopra il bersaglio e ridurre il bombardamento degli ioni sul substrato.

Sfide

Sebbene lo sviluppo di queste tecnologie abbia permesso di preparare dispositivi optoelettronici a basso costo e flessibili, affrontano anche sfide in termini di qualità della crescita, complessità delle attrezzature e costi. Ad esempio, la tecnologia PVD di solito richiede un grado di aspirazione elevato, che può sopprimere efficacemente la pre-reazione e introdurre alcune apparecchiature di monitoraggio in situ che devono funzionare sotto il vuoto elevato (come RHEED, sonda Langmuir, ecc.), Ma aumenta la difficoltà della deposizione uniforme di grande area e il costo di manutenzione di alto vuoto è elevato.

5. Tecnologia epitassiale a bassa temperatura basata sul principio CVD

Tipi di tecnologia

Incluso CVD plasmatico remoto (RPCVD), migrazione migliorata CVD (MEA-CVD), MOCVD al plasma remoto migliorato (RPEMOCVD), attività MOCVD (REMoc

Vantaggi tecnici

Queste tecnologie raggiungono la crescita di materiali semiconduttori III-Nitruro come GAN e Inn a temperature più basse utilizzando diverse fonti plasmatiche e meccanismi di reazione, che favoriscono la deposizione uniforme e la riduzione dei costi di grande area. Ad esempio, la tecnologia REMOTE Plasma CVD (RPCVD) utilizza una fonte ECR come generatore di plasma, che è un generatore di plasma a bassa pressione che può generare plasma ad alta densità. Allo stesso tempo, attraverso la tecnologia di spettroscopia di luminescenza plasmatica (OES), lo spettro da 391 nm associato a N2+ è quasi non rilevabile sopra il substrato, riducendo così il bombardamento della superficie del campione da ioni ad alta energia.

Migliora la qualità del cristallo

La qualità cristallina dello strato epitassiale viene migliorata filtrando efficacemente particelle cariche ad alta energia. Ad esempio, la tecnologia MEA-CVD utilizza una fonte HCP per sostituire la fonte di plasma ECR di RPCVD, rendendola più adatta per la generazione di plasma ad alta densità. Il vantaggio della sorgente HCP è che non esiste una contaminazione da ossigeno causata dalla finestra dielettrica al quarzo e ha una densità plasmatica più elevata rispetto alla sorgente plasmatica di accoppiamento capacitivo (CCP).

6. Riepilogo e prospettive

Lo stato attuale della tecnologia epitassia a bassa temperatura

Attraverso la ricerca e l'analisi della letteratura, viene delineato lo stato attuale della tecnologia epitassia a bassa temperatura, tra cui caratteristiche tecniche, struttura delle attrezzature, condizioni di lavoro e risultati sperimentali. Queste tecnologie forniscono energia attraverso l'accoppiamento sul campo esterno, riducono efficacemente la temperatura di crescita, si adattano alle caratteristiche dei substrati amorfi e forniscono la possibilità di preparare dispositivi elettronici a basso costo e flessibile (OPTO).

Direzioni di ricerca future

La tecnologia di epitassia a bassa temperatura ha ampie prospettive di applicazione, ma è ancora in fase esplorativa. Richiede ricerche approfondite sia dall'apparecchiatura che dagli aspetti di processo per risolvere i problemi nelle applicazioni di ingegneria. Ad esempio, è necessario studiare ulteriormente come ottenere un plasma a densità più elevata considerando il problema del filtraggio ionico nel plasma; come progettare la struttura del dispositivo di omogeneizzazione del gas per sopprimere efficacemente la pre-reazione nella cavità a basse temperature; Come progettare il riscaldatore delle apparecchiature epitassiali a bassa temperatura per evitare i campi di scintilla o elettromagnetici che colpiscono il plasma a una specifica pressione della cavità.

Contributo previsto

Si prevede che questo campo diventerà una potenziale direzione di sviluppo e fornirà importanti contributi allo sviluppo della prossima generazione di dispositivi optoelettronici. Con la profonda attenzione e una vigorosa promozione dei ricercatori, questo campo crescerà in una potenziale direzione di sviluppo in futuro e fornirà importanti contributi allo sviluppo della prossima generazione di dispositivi (optoelettronici).