Gan-basierte Niedertemperatur-Epitaxie-Technologie

1. Die Bedeutung von Materialien auf GaN-basierter Materialien

Halbleitermaterialien auf GaN-basierten Materialien werden häufig zur Herstellung von optoelektronischen Geräten, elektronischen Geräten und Funkfrequenzmikrowellengeräten verwendet, da ihre hervorragenden Eigenschaften wie breite Bandgap-Eigenschaften, die Feldfestigkeit mit hoher Abbrüche und hohe thermische Leitfähigkeit hoher Thermie-Leitfähigkeit sind. Diese Geräte wurden in Branchen wie Halbleiterbeleuchtung, Festkörper-Ultraviolett-Lichtquellen, Solarphotovoltaiken, Laser-Displays, flexiblen Display-Bildschirmen, mobilen Kommunikation, Netzteilen, neuen Energiefahrzeugen, intelligenten Netzwerken usw. häufig eingesetzt.

Einschränkungen der traditionellen Epitaxie -Technologie

Traditionelle epitaxiale Wachstumstechnologien für GaN-basierte Materialien wie z. B.MocvdUndMBENormalerweise erfordern hohe Temperaturbedingungen, die nicht für amorphe Substrate wie Glas und Kunststoffe anwendbar sind, da diese Materialien höhere Wachstumstemperaturen nicht widerstehen können. Beispielsweise werden häufig verwendetes Schwimmglas unter Bedingungen von mehr als 600 ° C erweichen. Nachfrage nach niedriger TemperaturEpitaxie -Technologie: Mit dem zunehmenden Bedarf an kostengünstigen und flexiblen optoelektronischen (elektronischen) Geräten besteht die Nachfrage nach epitaxialen Geräten, die externe elektrische Feldenergie verwendet, um Reaktionsvorläufer bei niedrigen Temperaturen zu knacken. Diese Technologie kann bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, die sich an die Eigenschaften amorpher Substrate anpassen und die Möglichkeit für die Vorbereitung günstiger und flexibler (optoelektronischer) Geräte bieten.

2. Kristallstruktur von Materialien auf Ganbasis

Kristallstrukturtyp

Zu den Materialien mit Sitz in Gan gehören hauptsächlich Gan, Inn, Aln und ihre ternären und quaternären festen Lösungen mit drei Kristallstrukturen von Wurtzit, Sphalerit und Steinsalz, unter denen die Wurtzitstruktur am stabilsten ist. Die Sphaleritstruktur ist eine metastabile Phase, die bei hoher Temperatur in die Wurtzitstruktur umgewandelt werden kann und in der Wurtzitstruktur in Form von Stapelfehlern bei niedrigeren Temperaturen existieren kann. Die Gesteinssalzstruktur ist die Hochdruckphase von GaN und kann nur unter extrem hohen Druckbedingungen auftreten.

Charakterisierung von Kristallebenen und Kristallqualität

Häufige Kristallebenen umfassen polare C-Plane, semi-polare S-Ebene, R-Ebene, N-Ebene sowie nicht-polare A-Ebene und M-Ebene. Normalerweise sind die durch Epitaxie auf Saphir- und SI-Substraten erhaltenen Dünnfilme auf GaN-basierter C-Ebene-Kristallorientierungen.

3.. Epitaxy -Technologieanforderungen und Implementierungslösungen

Notwendigkeit des technologischen Wandels

Mit der Entwicklung von Informatisierung und Intelligenz ist die Nachfrage nach optoelektronischen Geräten und elektronischen Geräten tendenziell kostengünstig und flexibel. Um diese Bedürfnisse zu erfüllen, ist es notwendig, die vorhandene epitaxiale Technologie von GaN-basierten Materialien zu ändern, insbesondere um eine epitaxiale Technologie zu entwickeln, die bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann, um sich an die Eigenschaften amorpher Substrate anzupassen.

Entwicklung der epitaxialen Technologie mit niedriger Temperatur

Epitaxiale Technologie mit niedriger Temperatur basierend auf den Prinzipien vonPhysikalische Dampfabscheidung (PVD)Undchemische Dampfablagerung (CVD), 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), Aktivität verstärktes MOCVD (REMOCVD), Elektronencyclotron-Resonanzplasma-Verbesserung von MOCVD (ECR-PEMOCVD) und induktiv gekoppelte Plasma-MOCVD (ICP-MoCVD) usw. usw. usw.

4. Temperaturepitaxie-Technologie basierend auf dem PVD-Prinzip

Technologiearten

Einschließlich reaktives Magnetronsputter, Plasma-unterstütztes MBE (PA-MBE), pulsierter Laserablagerung (PLD), gepulster Sputterablagerung (PSD) und laserunterstützter MBE (LMBE).

Technische Funktionen

Diese Technologien liefern Energie, indem sie die externe Feldkopplung verwenden, um die Reaktionsquelle bei niedriger Temperatur zu ionisieren, wodurch ihre Risstemperatur verringert und das epitaxiale Wachstum von Materialien mit niedrigem Temperatur von Materialien auf GaN-Basis erzielt wird. Beispielsweise führt die reaktive Magnetron -Sputter -Technologie während des Sputterprozesses ein Magnetfeld ein, um die kinetische Energie von Elektronen zu erhöhen und die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit N2 und AR zu erhöhen, um das Sputtern der Ziele zu verbessern. Gleichzeitig kann es auch Plasma mit hoher Dichte über dem Ziel einschränken und die Bombardierung von Ionen auf dem Substrat verringern.

Herausforderungen

Obwohl die Entwicklung dieser Technologien es ermöglicht hat, kostengünstige und flexible optoelektronische Geräte vorzubereiten, stehen sie auch Herausforderungen in Bezug auf Wachstumsqualität, Komplexität und Kosten für die Ausrüstung gegenüber. Beispielsweise erfordert die PVD-Technologie in der Regel einen hohen Vakuumgrad, der die Vorreaktion effektiv unterdrücken und einige In-situ-Überwachungsgeräte einführen kann, die unter hohem Vakuum arbeiten müssen (z. B. RHEED, Langmuir-Sonde usw.). Sie erhöht jedoch die Schwierigkeit der einheitlichen Ablagerung in großer Fläche, und der Betrieb und die Wartungskosten des hohen Vakuums sind hoch.

5. Low-Temperature-Epitaxial-Technologie basierend auf dem CVD-Prinzip

Technologiearten

Including remote plasma CVD (RPCVD), migration enhanced afterglow CVD (MEA-CVD), remote plasma enhanced MOCVD (RPEMOCVD), activity enhanced MOCVD (REMOCVD), electron cyclotron resonance plasma enhanced MOCVD (ECR-PEMOCVD) and inductively coupled plasma MOCVD (ICP-MOCVD).

Technische Vorteile

Diese Technologien erreichen das Wachstum von III-Nitrid-Halbleitermaterialien wie GaN und Inn bei niedrigeren Temperaturen, indem verschiedene Plasmaquellen und Reaktionsmechanismen verwendet werden, was der einheitlichen Ablagerung und Kostenreduzierung in großer Area förderlich ist. Beispielsweise verwendet Remote Plasma CVD (RPCVD) -Technologie eine ECR-Quelle als Plasmagenerator, ein Plasma-Generator mit niedrigem Druck, der Plasma mit hoher Dichte erzeugen kann. Gleichzeitig ist das mit N2+ assoziierte 391-nm-Spektrum durch die Plasma-Lumineszenzspektroskopie (OES) -Technologie (über dem Substrat das Bombardieren der Probenoberfläche durch hochenergievolle Ionen nahezu nicht nachweisbar.

Kristallqualität verbessern

Die Kristallqualität der epitaxialen Schicht wird verbessert, indem energiereich geladene Partikel effektiv gefiltert werden. Beispielsweise verwendet die MEA-CVD-Technologie eine HCP-Quelle, um die ECR-Plasmaquelle von RPCVD zu ersetzen, wodurch sie besser geeignet ist, Plasma mit hoher Dichte zu erzeugen. Der Vorteil der HCP -Quelle besteht darin, dass durch das quarzdielektrische Fenster keine Sauerstoffverschmutzung verursacht wird und eine höhere Plasmadichte aufweist als die Kapazitive -Kopplung (CCP) -Plasma -Quelle.

6. Zusammenfassung und Ausblick

Der aktuelle Status der epitaxischen Technologie mit niedriger Temperature

Durch die Literaturforschung und -analyse wird der aktuelle Status der epitaxischen Technologie mit niedriger Temperatur beschrieben, einschließlich technischer Merkmale, Gerätestruktur, Arbeitsbedingungen und experimentellen Ergebnissen. Diese Technologien liefern Energie durch externe Feldkopplung, reduzieren die Wachstumstemperatur effektiv, passen sich an die Eigenschaften amorpher Substrate an und bieten die Möglichkeit, kostengünstige und flexible (opto) elektronische Geräte vorzubereiten.

Zukünftige Forschungsrichtungen

Lowperaturepitaxy-Technologie hat umfassende Anwendungsaussichten, befindet sich jedoch noch im Erkundungsstadium. Es erfordert eingehende Forschung sowohl aus den Geräten als auch aus den Prozessaspekten, um Probleme in technischen Anwendungen zu lösen. Zum Beispiel ist es notwendig, weiter zu untersuchen, wie ein Plasma mit höherer Dichte erhalten kann, während das Ionenfilterungsproblem im Plasma berücksichtigt wird. Entwurf der Struktur der Gashomogenisierungsvorrichtung, um die Vorreaktion im Hohlraum bei niedrigen Temperaturen effektiv zu unterdrücken; Wie man die Heizung der epitaxialen Geräte mit niedriger Temperatur entwirft, um zu vermeiden, dass Sparking- oder elektromagnetische Felder das Plasma bei einem bestimmten Hohlraumdruck beeinflussen.

Erwarteter Beitrag

Es wird erwartet, dass dieses Gebiet zu einer potenziellen Entwicklungsrichtung wird und wichtige Beiträge zur Entwicklung der nächsten Generation optoelektronischer Geräte leisten wird. Angesichts der scharfen Aufmerksamkeit und der energischen Förderung von Forschern wird dieses Gebiet in Zukunft zu einer potenziellen Entwicklungsrichtung werden und wichtige Beiträge zur Entwicklung der nächsten Generation von (optoelektronischen) Geräten leisten.