GaN негізіндегі төмен температуралы эпитаксистік технология

1. GaN негізіндегі материалдардың маңыздылығы

GaN негізіндегі жартылай өткізгіш материалдар кең диапазон сипаттамалары, жоғары бұзылу өрісінің күші және жоғары жылу өткізгіштік сияқты тамаша қасиеттеріне байланысты оптоэлектрондық құрылғыларды, қуатты электронды құрылғыларды және радиожиілік микротолқынды құрылғыларды дайындауда кеңінен қолданылады. Бұл құрылғылар жартылай өткізгішті жарықтандыру, қатты күйдегі ультракүлгін жарық көздері, күн фотоэлектрлері, лазерлік дисплей, икемді дисплей экрандары, ұялы байланыс, қуат көздері, жаңа энергетикалық көліктер, смарт желілер және т.б. салаларда кеңінен қолданылды. нарық жетілдіріліп келеді.

Дәстүрлі эпитаксия технологиясының шектеулері

сияқты GaN негізіндегі материалдарға арналған дәстүрлі эпитаксиалды өсу технологияларыMOCVDжәнеMBEәдетте жоғары температуралық жағдайларды талап етеді, олар шыны және пластмасса сияқты аморфты негіздерге қолданылмайды, себебі бұл материалдар жоғары өсу температурасына төтеп бере алмайды. Мысалы, жиі қолданылатын қалқымалы шыны 600°C-тан асатын жағдайларда жұмсарады. Төмен температураға сұранысэпитаксия технологиясы: Құны төмен және икемді оптоэлектрондық (электрондық) құрылғыларға сұраныстың артуымен төмен температурада реакция прекурсорларын бұзу үшін сыртқы электр өрісінің энергиясын пайдаланатын эпитаксиалды жабдыққа сұраныс бар. Бұл технология аморфты субстраттардың сипаттамаларына бейімделе отырып, төмен температурада жүзеге асырылуы мүмкін және арзан және икемді (оптоэлектронды) құрылғыларды дайындау мүмкіндігін қамтамасыз етеді.

2. GaN негізіндегі материалдардың кристалдық құрылымы

Кристалл құрылымының түрі

GaN негізіндегі материалдарға негізінен GaN, InN, AlN және олардың үштік және төрттік қатты ерітінділері жатады, олардың ішінде вурцит құрылымы ең тұрақты болып табылатын вуртцит, сфалерит және тас тұзының үш кристалдық құрылымы бар. Сфалерит құрылымы метастабилді фаза болып табылады, ол жоғары температурада вурциттік құрылымға айналуы мүмкін және төмен температурада вуртцит құрылымында қабаттасатын ақаулар түрінде болуы мүмкін. Тас тұзының құрылымы GaN жоғары қысымды фазасы болып табылады және тек өте жоғары қысым жағдайында пайда болуы мүмкін.

Кристалл жазықтықтарының сипаттамасы және кристалл сапасы

Жалпы кристалдық жазықтықтарға полярлық c-жазықтық, жартылай полярлық s-жазықтық, r-жазықтық, n-жазықтық және полярсыз а-жазықтық және m-жазықтық жатады. Әдетте, сапфир және Si субстраттарында эпитаксис арқылы алынған GaN негізіндегі жұқа қабықшалар c-жазықтық кристалды бағдарлар болып табылады.

3. Эпитаксия технологиясына қойылатын талаптар және енгізу шешімдері

Технологиялық өзгерістердің қажеттілігі

Ақпараттандыру мен интеллекттің дамуымен оптоэлектронды құрылғылар мен электронды құрылғыларға сұраныс арзан және икемді болып келеді. Бұл қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін GaN негізіндегі материалдардың қолданыстағы эпитаксиалды технологиясын өзгерту қажет, әсіресе аморфты субстраттардың сипаттамаларына бейімделу үшін төмен температурада жүзеге асырылатын эпитаксиалды технологияны әзірлеу қажет.

Төмен температуралы эпитаксиалды технологияны әзірлеу

принциптеріне негізделген төмен температуралы эпитаксиалды технологияфизикалық булардың тұнуы (PVD)жәнехимиялық булардың тұнуы (CVD), соның ішінде реактивті магнетронды шашырату, плазма көмегімен қолданылатын MBE (PA-MBE), импульсті лазерлік тұндыру (PLD), импульстік шашырау тұндыру (PSD), лазермен көмектесетін MBE (LMBE), қашықтағы плазмалық CVD (RPCVD), көші-қонды күшейтілген жарықтан кейінгі CVD ( MEA-CVD), қашықтан плазмалық жақсартылған MOCVD (RPEMOCVD), белсенділікті жақсартатын MOCVD (REMOCVD), электронды циклотронды резонансты плазмалық күшейтілген MOCVD (ECR-PEMOCVD) және индуктивті байланысқан плазма MOCVD (ICP-MOCVD) және т.б.

4. PVD принципіне негізделген төмен температуралы эпитаксистік технология

Технология түрлері

Соның ішінде реактивті магнетронды шашырату, плазма көмегімен MBE (PA-MBE), импульсті лазерлік тұндыру (PLD), импульстік шашырау тұндыру (PSD) және лазермен көмектесетін MBE (LMBE).

Техникалық ерекшеліктері

Бұл технологиялар реакция көзін төмен температурада иондау үшін сыртқы өріс байланысын пайдалану арқылы энергияны қамтамасыз етеді, осылайша оның крекинг температурасын төмендетеді және GaN негізіндегі материалдардың төмен температурадағы эпитаксиалды өсуіне қол жеткізеді. Мысалы, реактивті магнетронды шашырату технологиясы электрондардың кинетикалық энергиясын арттыру және мақсатты шашырауды күшейту үшін N2 және Ar-пен соқтығысу ықтималдығын арттыру үшін шашырау процесі кезінде магнит өрісін енгізеді. Сонымен қатар ол жоғары тығыздықтағы плазманы нысанадан жоғары шектей алады және субстраттағы иондардың бомбалануын азайтады.

Қиындықтар

Бұл технологиялардың дамуы арзан және икемді оптоэлектронды құрылғыларды дайындауға мүмкіндік бергенімен, олар да өсу сапасы, жабдықтың күрделілігі және құны бойынша қиындықтарға тап болады. Мысалы, PVD технологиясы әдетте алдын ала реакцияны тиімді басатын және жоғары вакуумда жұмыс істеуі керек кейбір жергілікті бақылау жабдығын (мысалы, RHEED, Langmuir зонд, т.б.) енгізе алатын жоғары вакуумдық дәрежені қажет етеді, бірақ бұл қиындықты арттырады. үлкен аумақты біркелкі тұндыру, және жоғары вакуумды пайдалану және қызмет көрсету құны жоғары.

5. CVD принципіне негізделген төмен температуралы эпитаксиалды технология

Технология түрлері

Соның ішінде қашықтағы плазмалық CVD (RPCVD), көші-қонды жақсартылған кейінгі жарқыраған CVD (MEA-CVD), қашықтан плазмалық жақсартылған MOCVD (RPEMOCVD), белсенділікті жақсартатын MOCVD (REMOCVD), электронды циклотронды резонансты плазмалық жақсартылған MOCVD (ECR-PEMOCVD) және плазмалық жұп (MOCVD) ICP-MOCVD).

Техникалық артықшылықтар

Бұл технологиялар әртүрлі плазмалық көздер мен реакция механизмдерін пайдалану арқылы төмен температурада GaN және InN сияқты III-нитридті жартылай өткізгіш материалдардың өсуіне қол жеткізеді, бұл үлкен аумақта біркелкі тұндыру мен шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Мысалы, қашықтағы плазмалық CVD (RPCVD) технологиясы плазмалық генератор ретінде ECR көзін пайдаланады, ол тығыздығы жоғары плазманы құра алатын төмен қысымды плазма генераторы болып табылады. Сонымен қатар, плазмалық люминесценция спектроскопиясы (OES) технологиясы арқылы N2+-мен байланысты 391 нм спектр субстрат үстінде дерлік анықталмайды, осылайша үлгі бетін жоғары энергиялы иондармен бомбалауды азайтады.

Кристалл сапасын жақсарту

Эпитаксиалды қабаттың кристалдық сапасы жоғары энергиялы зарядталған бөлшектерді тиімді сүзу арқылы жақсарады. Мысалы, MEA-CVD технологиясы RPCVD ECR плазмалық көзін ауыстыру үшін HCP көзін пайдаланады, бұл оны тығыздығы жоғары плазманы генерациялау үшін қолайлы етеді. HCP көзінің артықшылығы кварцтық диэлектрлік терезеден туындаған оттегінің ластануы жоқ және оның плазмалық тығыздығы сыйымдылық қосылысы (CCP) плазма көзіне қарағанда жоғары.

6. Қорытынды және болжам

Төмен температуралы эпитаксистік технологияның қазіргі жағдайы

Әдебиеттерді зерттеу және талдау арқылы төмен температуралы эпитаксистік технологияның ағымдағы жағдайы, оның ішінде техникалық сипаттамалары, жабдық құрылымы, жұмыс жағдайлары және эксперимент нәтижелері көрсетілген. Бұл технологиялар сыртқы өрісті біріктіру арқылы энергиямен қамтамасыз етеді, өсу температурасын тиімді төмендетеді, аморфты субстраттардың сипаттамаларына бейімделеді және арзан және икемді (opto) электронды құрылғыларды дайындау мүмкіндігін береді.

Болашақ зерттеу бағыттары

Төмен температуралы эпитаксистік технологияның қолдану перспективалары кең, бірақ ол әлі де барлау сатысында. Ол инженерлік қолданбалардағы мәселелерді шешу үшін жабдық пен технологиялық аспектілерден терең зерттеуді қажет етеді. Мысалы, плазмадағы иондарды сүзу мәселесін қарастыра отырып, тығыздығы жоғары плазманы алу жолын одан әрі зерттеу қажет; төмен температурада қуыста алдын ала реакцияны тиімді басу үшін газды гомогенизациялау құрылғысының құрылымын қалай жобалау керек; белгілі бір қуыс қысымында плазмаға әсер ететін ұшқын немесе электромагниттік өрістерді болдырмау үшін төмен температуралы эпитаксиалды жабдықтың қыздырғышын қалай жобалау керек.

Күтілетін үлес

Бұл сала әлеуетті даму бағытына айналады және оптоэлектрондық құрылғылардың келесі буынын дамытуға маңызды үлес қосады деп күтілуде. Зерттеушілердің үлкен назары мен белсенді ілгерілеуімен бұл сала болашақта дамудың әлеуетті бағытына айналады және (оптоэлектрондық) құрылғылардың келесі буынын дамытуға маңызды үлес қосады.