فناوری Epitaxy با درجه حرارت پایین مبتنی بر گان

1. اهمیت مواد مبتنی بر گان

مواد نیمه هادی مبتنی بر GAN به دلیل خاصیت عالی آنها مانند خصوصیات باند گسترده ، استحکام میدان با شکست زیاد و هدایت حرارتی بالا ، به طور گسترده در تهیه دستگاه های نوری ، دستگاه های الکترونیکی قدرت و دستگاه های مایکروویو فرکانس رادیویی مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه ها به طور گسترده ای در صنایعی مانند روشنایی نیمه هادی ، منابع نور ماوراء بنفش با حالت جامد ، فتوولتائیک خورشیدی ، صفحه نمایش لیزر ، صفحه نمایش انعطاف پذیر ، ارتباطات موبایل ، منبع تغذیه ، وسایل نقلیه انرژی جدید ، شبکه های هوشمند و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

محدودیت فناوری سنتی اپیتاکس

فن آوری های سنتی رشد اپیتاکسیال برای مواد مبتنی بر GAN مانندماتریوتمگسمعمولاً به شرایط دمای بالا نیاز دارند ، که در مورد بسترهای آمورف مانند شیشه و پلاستیک کاربرد ندارد زیرا این مواد نمی توانند در برابر دمای رشد بالاتر مقاومت کنند. به عنوان مثال ، شیشه شناور معمولاً در شرایط بیش از 600 درجه سانتیگراد نرم می شود. تقاضا برای دمای پایینفناوری epitaxy: با افزایش تقاضا برای دستگاه های کم هزینه و انعطاف پذیر OptoElectronic (الکترونیکی) ، تقاضا برای تجهیزات اپیتاکسیال وجود دارد که از انرژی میدان الکتریکی خارجی برای ترک پیش سازهای واکنش در دمای پایین استفاده می کند. این فناوری را می توان در دماهای پایین انجام داد ، متناسب با ویژگی های بسترهای آمورف و فراهم کردن امکان تهیه دستگاه های کم هزینه و انعطاف پذیر (نوری).

2. ساختار کریستالی مواد مبتنی بر GAN

نوع ساختار کریستال

مواد مبتنی بر GAN به طور عمده شامل GAN ، Inn ، Aln و محلول های جامد سه گانه و کواترنر آنها ، با سه ساختار کریستالی وورتزیت ، اسفالریت و نمک سنگی است که از جمله ساختار وورتزیت پایدارترین است. ساختار اسفالریت یک فاز متاست است که می تواند در دمای بالا به ساختار وورتزیت تبدیل شود و می تواند در ساختار وورتزیت به شکل گسل های انباشته در دماهای پایین وجود داشته باشد. ساختار نمک سنگ مرحله فشار قوی GAN است و فقط در شرایط فشار بسیار بالایی می تواند ظاهر شود.

خصوصیات هواپیماهای کریستالی و کیفیت کریستال

هواپیماهای کریستالی متداول شامل هواپیمای قطبی C ، نیمه قطبی S-S-Plane ، R-Plane ، N-Plane و A-Plane غیر قطبی و M-Plane هستند. معمولاً ، فیلم های نازک مبتنی بر GAN به دست آمده توسط Epitaxy در بسترهای Sapphire و Si جهت گیری های کریستالی C- هواپیما هستند.

3. الزامات فناوری Epitaxy و راه حل های اجرای

ضرورت تحول فن آوری

با توسعه اطلاعات و اطلاعات ، تقاضا برای دستگاه های نوری و دستگاه های الکترونیکی تمایل به کم هزینه و انعطاف پذیر دارد. برای تأمین این نیازها ، لازم است که فناوری اپیتاکسیال موجود مواد مبتنی بر GAN را تغییر دهید ، به ویژه برای توسعه فناوری اپیتاکسی که می تواند در دماهای پایین انجام شود تا با ویژگی های بسترهای آمورف سازگار شود.

توسعه فناوری epitaxial با دمای پایین

فناوری epitaxial با دمای پایین بر اساس اصولرسوب بخار فیزیکی (پی وی پی)وترسوب بخار شیمیایی (CVD)، از جمله لکه گیری مگنترون واکنشی ، MBE با کمک پلاسما (PA-MBE) ، رسوب لیزر پالس (PLD) ، رسوب لکه دار پالس (PSD) ، MBE با لیزر (LMBE) ، CVD پلاسما از راه دور (RPCVD) ، PLDMING PLLOTMANCENT Afterglow CVD (mea-cvd) (RPEMOCVD) ، فعالیت تقویت شده MOCVD (remocvd) ، رزونانس الکترونی سیکلوترون پلاسما تقویت شده MOCVD (ECR-PEMOCVD) و MOCVD پلاسما (ICP-MOCVD) و غیره.

4. فناوری Epitaxy درجه حرارت پایین بر اساس اصل پی وی پی

انواع فناوری

از جمله لکه گیری مگنترون واکنشی ، MBE به کمک پلاسما (PA-MBE) ، رسوب لیزر پالس (PLD) ، رسوب پاشش پالس (PSD) و MBE با کمک لیزر (LMBE).

ویژگی های فنی

این فن آوری ها با استفاده از اتصال میدان خارجی برای یونیزه کردن منبع واکنش در دمای پایین ، انرژی را تأمین می کنند ، در نتیجه دمای ترک خوردگی آن را کاهش می دهند و به رشد اپیتاکسیال درجه حرارت پایین مواد مبتنی بر GAN می رسند. به عنوان مثال ، فناوری پراکندگی مگنترون واکنشی یک میدان مغناطیسی را در طی فرآیند پاشش معرفی می کند تا انرژی جنبشی الکترون ها را افزایش داده و احتمال برخورد با N2 و AR را افزایش دهد تا باعث افزایش لکه گیری هدف شود. در عین حال ، همچنین می تواند پلاسما با چگالی بالا را بالاتر از هدف قرار داده و بمباران یون ها را روی بستر کاهش دهد.

چالش

اگرچه توسعه این فناوری ها امکان تهیه دستگاه های کم هزینه و انعطاف پذیر نوری را امکان پذیر کرده است ، اما از نظر کیفیت رشد ، پیچیدگی تجهیزات و هزینه نیز با چالش هایی روبرو هستند. به عنوان مثال ، فناوری PVD معمولاً به درجه خلاء بالایی نیاز دارد ، که می تواند به طور موثری پیش از واکنش را سرکوب کند و برخی از تجهیزات نظارت در داخل را که باید در زیر خلاء بالا کار کنند (مانند Rheed ، پروب Langmuir و غیره) معرفی کنند ، اما باعث افزایش دشواری رسوب یکنواخت در منطقه بزرگ می شود ، و عملکرد و هزینه نگهداری و جراحی بالایی بالا است.

5. فناوری Epitaxial درجه حرارت پایین بر اساس اصل CVD

انواع فناوری

از جمله CVD از راه دور CVD (RPCVD) ، مهاجرت پیشرفته CVD (MEA-CVD) ، پلاسما از راه دور MOCVD (RPEMOCVD) ، فعالیت تقویت کننده MOCVD (remocvd) ، پلاسما پلاسما (Plasma Mocvd) و القاء CoUD (ECR-PEMOCVD) و القاء القاء شده

مزایای فنی

این فن آوری ها با استفاده از منابع مختلف پلاسما و مکانیسم های واکنش ، که منجر به رسوب یکنواخت در منطقه بزرگ و کاهش هزینه می شود ، به رشد مواد نیمه هادی III-Nitride مانند GAN و Inn در دماهای پایین می رسند. به عنوان مثال ، فناوری CVD از راه دور CVD (RPCVD) از یک منبع ECR به عنوان ژنراتور پلاسما استفاده می کند ، که یک ژنراتور پلاسما با فشار کم است که می تواند پلاسما با چگالی بالا تولید کند. در همان زمان ، از طریق فناوری طیف سنجی لومینسانس پلاسما (OES) ، طیف 391 نانومتر مرتبط با N2+ تقریباً غیر قابل کشف بالاتر از بستر است و از این طریق بمباران سطح نمونه را توسط یون های پر انرژی کاهش می دهد.

کیفیت کریستال را بهبود بخشید

کیفیت کریستال لایه اپی کلیسا با فیلتر کردن مؤثر ذرات با انرژی بالا بهبود می یابد. به عنوان مثال ، فناوری MEA-CVD از یک منبع HCP برای جایگزینی منبع پلاسما ECR RPCVD استفاده می کند ، و آن را برای تولید پلاسما با چگالی بالا مناسب تر می کند. مزیت منبع HCP این است که هیچ آلودگی اکسیژن ناشی از پنجره دی الکتریک کوارتز وجود ندارد و چگالی پلاسما بالاتری نسبت به منبع پلاسما از خازنی (CCP) دارد.

6. خلاصه و چشم انداز

وضعیت فعلی فناوری Epitaxy با دمای پایین

از طریق تحقیقات و تجزیه و تحلیل ادبیات ، وضعیت فعلی فناوری Epitaxy با دمای پایین بیان شده است ، از جمله خصوصیات فنی ، ساختار تجهیزات ، شرایط کار و نتایج تجربی. این فناوری ها از طریق اتصال میدان خارجی انرژی را تأمین می کنند ، به طور موثری دمای رشد را کاهش می دهند ، با ویژگی های بسترهای آمورف سازگار می شوند و امکان تهیه دستگاه های الکترونیکی کم هزینه و انعطاف پذیر (OPTO) را فراهم می کنند.

دستورالعمل های تحقیق آینده

فناوری Epitaxy با دمای پایین چشم انداز کاربردهای گسترده ای دارد ، اما هنوز در مرحله اکتشافی قرار دارد. برای حل مشکلات در برنامه های مهندسی ، نیاز به تحقیقات عمیق از هر دو جنبه های تجهیزات و فرآیند دارد. به عنوان مثال ، لازم است در حالی که مشکل فیلتر یون در پلاسما را در نظر می گیرد ، چگونگی به دست آوردن پلاسما با چگالی بالاتر را بررسی کنیم. نحوه طراحی ساختار دستگاه همگن سازی گاز برای سرکوب موثر پیشگیری در حفره در دمای پایین. نحوه طراحی بخاری تجهیزات اپی کلیسای دمای پایین برای جلوگیری از جرقه زدن یا مزارع الکترومغناطیسی مؤثر بر پلاسما در یک فشار حفره خاص.

سهم مورد انتظار

انتظار می رود که این زمینه به یک جهت توسعه بالقوه تبدیل شود و کمک های مهمی در توسعه نسل بعدی دستگاه های نوری داشته باشد. با توجه شدید و ارتقاء شدید محققان ، این زمینه به یک جهت توسعه بالقوه در آینده تبدیل می شود و کمک های مهمی در توسعه نسل بعدی دستگاه های (optoelectronic) می کند.