Технология низкотемпературной эпитаксии на базе GAN

1. Важность материалов на основе GAN

Полупроводниковые материалы на основе GAN широко используются при приготовлении оптоэлектронных устройств, электронных устройств и радиочастотных устройств с радиочастотными устройствами из-за их превосходных свойств, таких как широкие характеристики полосовой зоны, высокая прочность поля разрушения и высокая теплопроводность. Эти устройства широко использовались в таких отраслях, как полупроводниковое освещение, твердотельные ультрафиолетовые источники света, солнечная фотоэлектрическая фотоискольса, лазерный дисплей, гибкие экраны дисплея, мобильные коммуникации, источники питания, новые энергетические транспортные средства, интеллектуальные сетки и т. Д., А технология и рынок становятся более зрелыми.

Ограничения традиционной технологии эпитаксии

Традиционные технологии эпитаксиального роста для материалов на основе GAN, таких какMocvdиMBEОбычно требуются высокотемпературные условия, которые не применимы к аморфным субстратам, таким как стекло и пластмассы, потому что эти материалы не могут противостоять более высоким температурам роста. Например, обычно используемое плавающее стекло будет смягчаться в условиях, превышающих 600 ° C. Спрос на низкую температуруТехнология эпитаксии: С ростом спроса на недорогие и гибкие оптоэлектронные (электронные) устройства, существует спрос на эпитаксиальное оборудование, которое использует энергию внешнего электрического поля для предшественников реакции трещины при низких температурах. Эта технология может быть выполнена при низких температурах, адаптируясь к характеристикам аморфных субстратов и обеспечивая возможность подготовки недорогих и гибких (оптоэлектронных) устройств.

2. Кристаллическая структура материалов на основе GAN

Тип кристаллической структуры

Материалы на основе GAN в основном включают в себя Gan, Inn, Aln и их тройные и четвертичные твердые растворы, с тремя кристаллическими структурами вюрцита, сфалерита и каменной соли, среди которых структура вюрцита является наиболее стабильной. Структура сфалерита представляет собой метастабильную фазу, которая может быть преобразована в структуру вюрцита при высокой температуре и может существовать в структуре вюрцита в форме разломов укладки при более низких температурах. Структура каменной соли является фазой высокого давления GAN и может появляться только в условиях чрезвычайно высокого давления.

Характеристика кристаллических плоскостей и качества кристалла

Обычные кристаллические плоскости включают полярную С-плоскость, полуполярную S-плоскость, R-плоскость, N-плоскость и неполяриную A-плоскость и M-плоскость. Обычно тонкие пленки на основе GAN, полученные эпитаксией на сапфире и Si-субстратах, представляют собой ориентацию кристаллов C-плоскости.

3. Требования к технологии и реализации эпитаксии

Необходимость технологических изменений

С разработкой информации и интеллекта спрос на оптоэлектронные устройства и электронные устройства, как правило, является недорогим и гибким. Чтобы удовлетворить эти потребности, необходимо изменить существующую эпитаксиальную технологию материалов на основе GAN, особенно для разработки эпитаксиальной технологии, которая может быть выполнена при низких температурах для адаптации к характеристикам аморфных субстратов.

Разработка низкотемпературной эпитаксиальной технологии

Низкотемпературная эпитаксиальная технология, основанная на принципахфизическое осаждение пара (Pvd)ихимическое осаждение пара (Сердечно -сосудистый), 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), активность усилила MOCVD (RemoCVD), электрон циклотронный резонансная плазма MOCVD (ECR-PemocVD) и индуктивно связанная плазма MoCVD (ICP-MOCVD) и т. Д.

4. Низкотемпературная технология эпитаксии на основе принципа Pvd

Типы технологий

Включая реактивный магнитронный распыление, MBE с помощью плазмы (PA-MBE), импульсное лазерное осаждение (PLD), импульсное распыление (PSD) и MBE с лазером (LMBE).

Технические функции

Эти технологии обеспечивают энергию, используя внешнее полевое соединение для ионизации источника реакции при низкой температуре, тем самым снижая температуру его растрескивания и достигая низкотемпературного эпитаксиального роста материалов на основе GAN. Например, технология реактивного магнитрона разбросана вводит магнитное поле во время процесса распыления, чтобы увеличить кинетическую энергию электронов и увеличить вероятность столкновения с N2 и AR, чтобы усилить распыление цели. В то же время он также может ограничивать плазму высокой плотности над цели и уменьшить бомбардировку ионов на подложке.

Проблемы

Хотя разработка этих технологий позволила подготовить недорогие и гибкие оптоэлектронные устройства, они также сталкиваются с проблемами с точки зрения качества роста, сложности и стоимости оборудования. Например, технология PVD обычно требует высокой степени вакуума, которая может эффективно подавлять предварительную реакцию и вводить некоторое оборудование для мониторинга на месте, которое должно работать при высоком вакууме (например, RHEED, зонд Langmuir и т. Д.), Но она увеличивает сложности универсального осаждения в крупных областях, а эксплуатационная и стоимость обслуживания высокой вакуума высоки.

5. Низкотемпературная эпитаксиальная технология на основе принципа сердечно-сосудистых заболеваний

Типы технологий

Включая дистанционную плазму CVD (RPCVD), усиление миграции CVD послеглашения (MEA-CVD), усиление дистанционной плазмы MoCVD (RPEMOCVD), усиление активности MOCVD (RemoCVD), Electron-Cycloron Resonance Plasma усилил MoCVD (ECR-Pemocvd) и индуктивно COUPLED-PLASMA Plasmam (ICP-MOCVD).

Технические преимущества

Эти технологии достигают роста полупроводниковых материалов III-нитрида, таких как Gan и Inn, при более низких температурах, используя различные источники в плазме и механизмы реакции, что способствует одностороннему району и снижению затрат. Например, технология удаленной плазмы CVD (RPCVD) использует источник ECR в качестве генератора плазмы, который представляет собой генератор плазмы с низким давлением, который может генерировать плазму высокой плотности. В то же время, с помощью технологии спектроскопии Luminescent Luminescent плазмы (OES), спектр 391 нм, связанный с N2+, почти не обнаруживается над субстратом, тем самым уменьшая бомбардировку поверхности образца с помощью ионов с высокой энергией.

Улучшить качество кристалла

Качество кристалла эпитаксиального слоя улучшается путем эффективной фильтрации высокоэнергетических заряженных частиц. Например, технология MEA-CVD использует источник HCP для замены источника RPCVD в плазме ECR, что делает его более подходящим для создания плазмы высокой плотности. Преимущество источника HCP заключается в том, что не существует кислорода, вызванного кварцевым диэлектрическим окном, и имеет более высокую плотность плазмы, чем источник плазмы емкостной связи (CCP).

6. Резюме и перспективы

Текущее состояние технологии эпитаксии низкотемпературной эпитаксии

Благодаря литературным исследованиям и анализу текущий состояние технологии эпитаксии низкотемпературной эпитаксии, включая технические характеристики, структуру оборудования, условия труда и экспериментальные результаты. Эти технологии обеспечивают энергию посредством внешнего поля, эффективно снижают температуру роста, адаптируются к характеристикам аморфных субстратов и обеспечивают возможность подготовки низких и гибких (опто) электронных устройств.

Будущие направления исследований

Низкотемпературная технология эпитаксии имеет широкие перспективы применения, но она все еще находится на исследовательской стадии. Это требует углубленных исследований как от оборудования, так и от аспектов процесса для решения проблем в инженерных приложениях. Например, необходимо дальнейшее изучение того, как получить плазму с более высокой плотностью при рассмотрении проблемы ионной фильтрации в плазме; Как спроектировать структуру устройства гомогенизации газа для эффективного подавления пре-реакции в полости при низких температурах; Как спроектировать нагреватель низкотемпературного эпитаксиального оборудования, чтобы избежать появления или электромагнитных полей, влияющих на плазму при определенном давлении полости.

Ожидаемый вклад

Ожидается, что эта область станет потенциальным направлением развития и внесет важный вклад в разработку оптоэлектронных устройств следующего поколения. С помощью острого внимания и энергичного продвижения исследователей эта область в будущем вырастет в потенциальное направление развития и внесет важный вклад в разработку устройств следующего поколения (оптоэлектронных) устройств.