تقنية Epitaxy منخفضة الحرارة المستندة إلى GAN

1. أهمية المواد القائمة على GAN

تستخدم مواد أشباه الموصلات المستندة إلى GAN على نطاق واسع في تحضير الأجهزة الإلكترونية البصرية والأجهزة الإلكترونية للطاقة وأجهزة الميكروويف التردد الراديوي بسبب خصائصها الممتازة مثل خصائص فجوة النطاق العريض ، وقوة الحقل العالي والتوصيل الحراري العالي. تم استخدام هذه الأجهزة على نطاق واسع في الصناعات مثل إضاءة أشباه الموصلات ، ومصادر الإضاءة فوق البنفسجية الصلبة ، والخلايا الكهروضوئية الشمسية ، وشاشات الليزر ، وشاشات العرض المرنة ، والاتصالات المتنقلة ، وإمدادات الطاقة ، ومركبات الطاقة الجديدة ، والشبكات الذكية ، وما إلى ذلك ، والتكنولوجيا والسوق أكثر نضجًا.

قيود تقنية epitaxy التقليدية

تقنيات النمو الفوقي التقليدية للمواد القائمة على GAN مثلMOCVDوmbeعادةً ما تتطلب ظروفًا عالية درجة الحرارة ، والتي لا تنطبق على ركائز غير متبلورة مثل الزجاج والبلاستيك لأن هذه المواد لا يمكنها تحمل درجات حرارة نمو أعلى. على سبيل المثال ، سوف يليه الزجاج العائم شائع الاستخدام في ظل ظروف تتجاوز 600 درجة مئوية. الطلب على درجة الحرارة المنخفضةتقنية Epitaxy: مع زيادة الطلب على الأجهزة الإلكترونية المنخفضة التكلفة والمرنة (الإلكترونية) ، هناك طلب على المعدات الفوقية التي تستخدم طاقة المجال الكهربائي الخارجي لتكسير سلائف التفاعل في درجات حرارة منخفضة. يمكن تنفيذ هذه التكنولوجيا في درجات حرارة منخفضة ، والتكيف مع خصائص الركائز غير المتبلورة ، وتوفير إمكانية إعداد أجهزة منخفضة التكلفة ومرنة (إلكترونية).

2. التركيب البلوري للمواد المستندة إلى GAN

نوع التركيب البلوري

تشمل المواد المستندة إلى GAN بشكل أساسي GAN و Inn و Aln والحلول الصلبة الثلاثية والرباعية ، مع ثلاث هياكل بلورية من Wurtzite و Sphalerite و Rock Salt ، من بينها هيكل Wurtzite هو الأكثر استقرارًا. هيكل Sphalerite هو مرحلة قابلة للانفصال ، والتي يمكن تحويلها إلى بنية Wurtzite في درجة حرارة عالية ، ويمكن أن توجد في بنية Wurtzite في شكل أخطاء التراص في درجات حرارة منخفضة. هيكل الملح الصخري هو مرحلة الضغط العالي من GAN ويمكن أن تظهر فقط في ظروف الضغط العالي للغاية.

توصيف الطائرات البلورية والجودة البلورية

تشمل الطائرات البلورية الشائعة C-plane Polar C ، و S-Plane شبه القطبية ، والطاقة R ، و N-Plane ، و A-Plane A-Plane و M-Plane. عادةً ما تكون الأفلام الرقيقة المستندة إلى GAN التي حصل عليها Epitaxy على ركائز الياقوت و SI هي اتجاهات بلورية C-Plane.

3. متطلبات تكنولوجيا Epitaxy وحلول التنفيذ

ضرورة التغيير التكنولوجي

مع تطوير المعلومات والذكاء ، يميل الطلب على الأجهزة الإلكترونية والأجهزة الإلكترونية إلى أن يكون منخفض التكلفة ومرونة. من أجل تلبية هذه الاحتياجات ، من الضروري تغيير التكنولوجيا الفوقية الحالية للمواد المستندة إلى GAN ، وخاصة لتطوير التكنولوجيا الفوقية التي يمكن تنفيذها في درجات حرارة منخفضة للتكيف مع خصائص الركائز غير المتبلورة.

تطوير تكنولوجيا الفوقية منخفضة درجة الحرارة

تقنية الحالة الفائقة ذات درجة الحرارة المنخفضة بناءً على مبادئترسب البخار المادي (PVD)وترسب البخار الكيميائي (CVD)، بما في ذلك الدماغ المغنطيسي التفاعلي ، MBE بمساعدة البلازما (PA-MBE) ، ترسب الليزر النبضي (PLD) ، ترسبات التلاشي النبضي (PSD) ، MBE بمساعدة الليزر (MEA-CVD) (RPEMOCVD) ، النشاط المحسن MOCVD (REMOCVD) ، البلازما الرنين سيكلوترون الإلكترون المحسّن MOCVD (ECR-PEMOCVD) و MOCVD البلازما المقترنة بشكل حثية (ICP-MOCVD) ، إلخ.

4. تقنية Epitaxy منخفضة الحرارة على أساس مبدأ PVD

أنواع التكنولوجيا

بما في ذلك الدماغ المغنطيسي التفاعلي ، MBE بمساعدة البلازما (PA-MBE) ، ترسب الليزر النبضي (PLD) ، ترسب الثرثرة النبضي (PSD) و MBE بمساعدة الليزر (LMBE).

الميزات الفنية

توفر هذه التقنيات الطاقة باستخدام اقتران المجال الخارجي لتأين مصدر التفاعل في درجة حرارة منخفضة ، مما يقلل من درجة حرارة التكسير وتحقيق نمو الحالة الفائقة منخفضة الحرارة للمواد القائمة على GAN. على سبيل المثال ، تقدم تقنية التطفو المغنطيسي التفاعلي مجالًا مغناطيسيًا أثناء عملية التلاشي لزيادة الطاقة الحركية للإلكترونات وزيادة احتمال الاصطدام مع N2 و AR لتعزيز الضعف المستهدف. في الوقت نفسه ، يمكن أن يحصر البلازما عالية الكثافة فوق الهدف ويقلل من قصف الأيونات على الركيزة.

التحديات

على الرغم من أن تطوير هذه التقنيات قد جعل من الممكن إعداد أجهزة إلكترونية منخفضة التكلفة ومرنة ، إلا أنها تواجه أيضًا تحديات من حيث جودة النمو وتعقيد المعدات والتكلفة. على سبيل المثال ، تتطلب تقنية PVD عادةً درجة عالية من الفراغ ، والتي يمكن أن تقمع بشكل فعال قبل رد الفعل وتدخل بعض معدات المراقبة في الموقع التي يجب أن تعمل تحت فراغ مرتفع (مثل Rheed ، مسبار Langmuir ، وما إلى ذلك) ، ولكنها تزيد من صعوبة تربية الموحد في المنطقة الكبيرة ، وتكلفة وتكلفة الصيانة عالية الفراغ العالية.

5. تقنية الحالة الفوقية منخفضة الحرارة على أساس مبدأ الأمراض القلبية الوعائية

أنواع التكنولوجيا

بما في ذلك CVD البلازما عن بعد (RPCVD) ، والهجرة المحسنة بعد الزجاج CVD (MEA-CVD) ، والبلازما البلازما عن بعد MOCVD (RPEMOCVD) ، ونشاط تعزيز MOCVD (REMOCVD) PLASMA MOCVD MOCVD (ECR-PEMOCVD) و PLASMA MOCVD. (ICP-MOCVD).

المزايا الفنية

تحقق هذه التقنيات نمو مواد أشباه الموصلات الثالثة مثل GAN و Inn في درجات حرارة منخفضة باستخدام مصادر مختلفة للبلازما وآليات التفاعل ، والتي تفضي إلى ترسب موحد في منطقة كبيرة. على سبيل المثال ، تستخدم تقنية Plasma CVD (RPCVD) عن بعد مصدر ECR كمولد بلازما ، وهو مولد بلازما منخفض الضغط يمكن أن يولد بلازما عالية الكثافة. في الوقت نفسه ، من خلال تقنية التحليل الطيفي للتلألؤ في البلازما (OES) ، فإن طيف 391 نانومتر المرتبط بـ N2+ لا يمكن اكتشافه تقريبًا فوق الركيزة ، مما يقلل من قصف سطح العينة بواسطة أيونات الطاقة العالية.

تحسين جودة البلورة

يتم تحسين الجودة البلورية للطبقة الفوقية عن طريق تصفية الجسيمات المشحونة عالية الطاقة بشكل فعال. على سبيل المثال ، تستخدم تقنية MEA-CVD مصدر HCP لاستبدال مصدر البلازما ECR لـ RPCVD ، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتوليد البلازما عالية الكثافة. ميزة مصدر HCP هي أنه لا يوجد تلوث الأكسجين الناجم عن نافذة الكوارتز العازلة ، وله كثافة البلازما أعلى من مصدر البلازما الاقتران (CCP).

6. ملخص والتوقعات

الحالة الحالية لتكنولوجيا epitaxy منخفضة الحرارة

من خلال أبحاث وتحليل الأدب ، يتم تحديد الوضع الحالي لتكنولوجيا Epitaxy منخفضة الحرارة ، بما في ذلك الخصائص التقنية ، وهيكل المعدات ، وظروف العمل والنتائج التجريبية. توفر هذه التقنيات الطاقة من خلال اقتران المجال الخارجي ، وتقلل بشكل فعال من درجة حرارة النمو ، والتكيف مع خصائص الركائز غير المتبلورة ، وتوفر إمكانية إعداد الأجهزة الإلكترونية منخفضة التكلفة والمرنة (OPTO).

اتجاهات البحث المستقبلية

تقنية Epitaxy ذات درجة حرارة منخفضة لها آفاق عريضة للتطبيق ، لكنها لا تزال في المرحلة الاستكشافية. إنه يتطلب بحثًا متعمقًا من كل من الجوانب الجاهزة وجوانب المعالجة لحل المشكلات في التطبيقات الهندسية. على سبيل المثال ، من الضروري زيادة دراسة كيفية الحصول على بلازما ذات كثافة أعلى مع النظر في مشكلة تصفية الأيونات في البلازما ؛ كيفية تصميم هيكل جهاز تجانس الغاز لقمع رد الفعل المسبق بفعالية في التجويف في درجات حرارة منخفضة ؛ كيفية تصميم سخان المعدات الفوقية منخفضة الحرارة لتجنب الحقول أو الكهرومغناطيسية التي تؤثر على البلازما عند ضغط تجويف معين.

المساهمة المتوقعة

من المتوقع أن يصبح هذا المجال اتجاهًا للتطوير المحتملة ويقدم مساهمات مهمة في تطوير الجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية البصرية. مع الاهتمام الشديد والترويج القوي للباحثين ، سينمو هذا المجال لتصبح اتجاهًا للتطوير المحتمل في المستقبل ويقدم مساهمات مهمة في تطوير الجيل القادم من الأجهزة (الإلكترونية الضوئية).