1. Üçüncü nəsil yarımkeçiricilər
Birinci nəsil yarımkeçirici texnologiyası Si və Ge kimi yarımkeçirici materiallara əsaslanaraq hazırlanmışdır. Bu, tranzistorların və inteqral dövrə texnologiyasının inkişafı üçün maddi əsasdır. Birinci nəsil yarımkeçirici materiallar 20-ci əsrdə elektronika sənayesinin təməlini qoymuş və inteqral dövrə texnologiyası üçün əsas materiallardır.
İkinci nəsil yarımkeçirici materiallar əsasən qallium arsenid, indium fosfid, qallium fosfid, indium arsenid, alüminium arsenid və onların üçlü birləşmələrini əhatə edir. İkinci nəsil yarımkeçirici materiallar optoelektronik informasiya sənayesinin əsasını təşkil edir. Bu əsasda işıqlandırma, displey, lazer və fotovoltaik kimi əlaqəli sənaye sahələri inkişaf etdirilib. Onlar müasir informasiya texnologiyaları və optoelektronik displey sənayesində geniş istifadə olunur.
Üçüncü nəsil yarımkeçirici materialların nümayəndə materiallarına qallium nitridi və silikon karbid daxildir. Geniş zolaq boşluğu, yüksək elektron doyma sürüşmə sürəti, yüksək istilik keçiriciliyi və yüksək parçalanma sahəsi gücünə görə, onlar yüksək güclü sıxlıq, yüksək tezlikli və aşağı itkili elektron cihazlar hazırlamaq üçün ideal materiallardır. Bunların arasında silikon karbid güc cihazları yüksək enerji sıxlığı, aşağı enerji istehlakı və kiçik ölçü üstünlüklərinə malikdir və yeni enerji nəqliyyat vasitələrində, fotovoltaiklərdə, dəmir yolu nəqliyyatında, böyük məlumatlarda və digər sahələrdə geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. Qallium nitrid RF cihazları yüksək tezlikli, yüksək güc, geniş bant genişliyi, aşağı enerji istehlakı və kiçik ölçü üstünlüklərinə malikdir və 5G rabitəsində, Əşyaların İnternetində, hərbi radarlarda və digər sahələrdə geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. Bundan əlavə, qallium nitrid əsaslı güc cihazları aşağı gərginlikli sahədə geniş istifadə olunur. Bundan əlavə, son illərdə inkişaf etməkdə olan qallium oksid materiallarının mövcud SiC və GaN texnologiyaları ilə texniki tamamlayıcılıq yaratması və aşağı tezlikli və yüksək gərginlikli sahələrdə potensial tətbiq perspektivlərinə malik olması gözlənilir.
İkinci nəsil yarımkeçirici materiallarla müqayisədə, üçüncü nəsil yarımkeçirici materiallar daha geniş zolaq genişliyinə malikdir (birinci nəsil yarımkeçirici materialın tipik materialı olan Si-nin zolaq genişliyi təxminən 1,1 eV, ikinci nəsil yarımkeçirici materialın tipik materialı olan GaAs-ın zolaq genişliyi təxminən 1,42 eV və üçüncü nəsil yarımkeçirici materialın tipik materialı olan GaN-in zolaq genişliyi 2,3 eV-dən yuxarıdır), daha güclü radiasiya müqavimətinə, elektrik sahəsinin pozulmasına daha güclü müqavimətə və daha yüksək temperatur müqavimətinə malikdir. Daha geniş zolaq genişliyinə malik üçüncü nəsil yarımkeçirici materiallar, xüsusilə radiasiyaya davamlı, yüksək tezlikli, yüksək güclü və yüksək inteqrasiya sıxlığına malik elektron cihazların istehsalı üçün əlverişlidir. Onların mikrodalğalı radiotezlikli cihazlarda, LED-lərdə, lazerlərdə, güc cihazlarında və digər sahələrdə tətbiqləri çox diqqət çəkib və mobil rabitə, ağıllı şəbəkələr, dəmir yolu tranziti, yeni enerji nəqliyyat vasitələri, istehlakçı elektronikası, ultrabənövşəyi və mavi-yaşıl işıq cihazlarında geniş inkişaf perspektivləri göstərib [1].
Şəkil mənbəyi: CASA, Zheshang Qiymətli Kağızlar Tədqiqat İnstitutu
Şəkil 1 GaN güc cihazının zaman miqyası və proqnozu
II GaN materialının quruluşu və xüsusiyyətləri
GaN birbaşa zolaqlı yarımkeçiricidir. Otaq temperaturunda vurtsit strukturunun zolaqlı eni təxminən 3,26 eV-dir. GaN materialları üç əsas kristal quruluşa malikdir: vurtsit strukturu, sfalerit strukturu və qaya duzu strukturu. Bunların arasında vurtsit strukturu ən sabit kristal quruluşudur. Şəkil 2, GaN-ın altıbucaqlı vurtsit strukturunun diaqramıdır. GaN materialının vurtsit strukturu altıbucaqlı sıx bağlı struktura aiddir. Hər vahid hüceyrədə 6 N atomu və 6 Ga atomu daxil olmaqla 12 atom var. Hər Ga (N) atomu ən yaxın 4 N (Ga) atomu ilə əlaqə yaradır və ABABAB qaydasında... [0001] istiqaməti boyunca yığılır [2].
Şəkil 2 Vurtzit quruluşlu GaN kristal hüceyrə diaqramı
III GaN epitaksisi üçün tez-tez istifadə olunan substratlar
Görünür, GaN substratları üzərində homogen epitaksiya GaN epitaksiyası üçün ən yaxşı seçimdir. Lakin, GaN-in böyük bağ enerjisinə görə, temperatur 2500℃ ərimə nöqtəsinə çatdıqda, onun müvafiq parçalanma təzyiqi təxminən 4,5GPa-dır. Parçalanma təzyiqi bu təzyiqdən aşağı olduqda, GaN ərimir, birbaşa parçalanır. Bu, Çozralski metodu kimi yetkin substrat hazırlama texnologiyalarını GaN tək kristal substratlarının hazırlanması üçün yararsız hala gətirir və GaN substratlarının kütləvi istehsalını çətinləşdirir və baha başa gəlir. Buna görə də, GaN epitaksial böyüməsində geniş istifadə olunan substratlar əsasən Si, SiC, sapfir və s.-dir [3].
Diaqram 3 GaN və ümumi istifadə olunan substrat materiallarının parametrləri
Safir üzərində GaN epitaksisi
Safir sabit kimyəvi xüsusiyyətlərə, ucuzluğa və genişmiqyaslı istehsal sənayesinin yüksək yetkinliyinə malikdir. Buna görə də, yarımkeçirici cihaz mühəndisliyində ən erkən və ən geniş istifadə olunan substrat materiallarından birinə çevrilmişdir. GaN epitaksiyası üçün ən çox istifadə edilən substratlardan biri kimi, sapfir substratları üçün həll edilməli olan əsas problemlər bunlardır:
✔ Safir (Al2O3) və GaN arasında böyük qəfəs uyğunsuzluğu (təxminən 15%) səbəbindən epitaksial təbəqə ilə substrat arasındakı sərhəddə qüsur sıxlığı çox yüksəkdir. Mənfi təsirlərini azaltmaq üçün substrat epitaksial prosesə başlamazdan əvvəl kompleks ilkin emaldan keçirilməlidir. Safir substratlarında GaN epitaksialını yetişdirməzdən əvvəl, çirkləndiriciləri, qalıq cilalama zədələrini və s. təmizləmək və pillələr və pillə səth strukturları yaratmaq üçün substrat səthi əvvəlcə ciddi şəkildə təmizlənməlidir. Daha sonra, epitaksial təbəqənin islanma xüsusiyyətlərini dəyişdirmək üçün substrat səthi nitridləşdirilir. Nəhayət, son epitaksial böyüməyə hazırlaşmaq üçün substrat səthinə nazik bir AlN bufer təbəqəsi (adətən 10-100 nm qalınlığında) çökdürülməli və aşağı temperaturda tavlanmalıdır. Buna baxmayaraq, sapfir substratlarında yetişdirilən GaN epitaksial təbəqələrindəki dislokasiya sıxlığı hələ də homoepitaksial təbəqələrdən daha yüksəkdir (təxminən 1010 sm-2, silisium homoepitaksial təbəqələrində və ya qallium arsenid homoepitaksial təbəqələrində demək olar ki, sıfır dislokasiya sıxlığı ilə müqayisədə və ya 102 ilə 104 sm-2 arasında). Daha yüksək qüsur sıxlığı daşıyıcıların hərəkətliliyini azaldır, bununla da azlıq daşıyıcılarının ömrünü qısaldır və istilik keçiriciliyini azaldır ki, bunların hamısı cihazın işini azaldacaq [4];
✔ Safirin istilik genişlənmə əmsalı GaN-dən daha böyükdür, buna görə də çökmə temperaturundan otaq temperaturuna qədər soyuma prosesi zamanı epitaksial təbəqədə iki oxlu sıxılma gərginliyi yaranacaq. Daha qalın epitaksial təbəqələr üçün bu gərginlik təbəqənin və ya hətta substratın çatlamasına səbəb ola bilər;
✔ Digər substratlarla müqayisədə sapfir substratlarının istilik keçiriciliyi daha aşağıdır (100℃-də təxminən 0,25W*cm-1*K-1) və istilik yayma performansı zəifdir;
✔ Zəif keçiriciliyinə görə, sapfir substratları digər yarımkeçirici cihazlarla inteqrasiyası və tətbiqi üçün əlverişli deyil.
Safir substratlarında yetişdirilən GaN epitaksial təbəqələrinin qüsur sıxlığı yüksək olsa da, GaN əsaslı mavi-yaşıl LED-lərin optoelektronik performansını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmır, buna görə də sapfir substratları hələ də GaN əsaslı LED-lər üçün geniş istifadə olunan substratlardır.
Lazerlər və ya digər yüksək sıxlıqlı güc cihazları kimi GaN cihazlarının daha çox yeni tətbiq sahələrinin inkişafı ilə sapfir substratlarının daxili qüsurları onların tətbiqində getdikcə daha çox məhdudiyyətə çevrilir. Bundan əlavə, SiC substratının böyümə texnologiyasının inkişafı, xərclərin azaldılması və Si substratlarında GaN epitaksial texnologiyasının yetkinləşməsi ilə sapfir substratlarında GaN epitaksial təbəqələrinin böyüməsi ilə bağlı daha çox tədqiqat tədricən soyuma meyli göstərmişdir.
SiC üzərində GaN epitaksisi
Safirlə müqayisədə SiC substratları (4H- və 6H-kristalları) GaN epitaksial təbəqələri ilə daha kiçik qəfəs uyğunsuzluğuna (3,1%, [0001] yönümlü epitaksial təbəqələrə ekvivalent), daha yüksək istilik keçiriciliyinə (təxminən 3,8W*cm-1*K-1) və s. malikdir. Bundan əlavə, SiC substratlarının keçiriciliyi həmçinin substratın arxa tərəfində elektrik kontaktlarının yaranmasına imkan verir ki, bu da cihazın strukturunu sadələşdirməyə kömək edir. Bu üstünlüklərin mövcudluğu getdikcə daha çox tədqiqatçını silikon karbid substratları üzərində GaN epitaksisi üzərində işləməyə cəlb etmişdir.
Bununla belə, GaN epitel təbəqələrinin yetişdirilməsinin qarşısını almaq üçün birbaşa SiC substratları üzərində işləmək aşağıdakılar da daxil olmaqla bir sıra çatışmazlıqlarla üzləşir:
✔ SiC substratlarının səthi kələ-kötürlüyü sapfir substratlarından daha yüksəkdir (sapfir kələ-kötürlüyü 0.1nm RMS, SiC kələ-kötürlüyü 1nm RMS), SiC substratları yüksək sərtliyə və zəif emal göstəricilərinə malikdir və bu kələ-kötürlük və qalıq cilalama zədələnməsi də GaN epilyasiya təbəqələrindəki qüsurların mənbələrindən biridir.
✔ SiC substratlarının vint çıxığı sıxlığı yüksəkdir (çıxıntı sıxlığı 103-104 sm-2), vint çıxığı GaN epilyasiya təbəqəsinə yayıla və cihazın işini azalda bilər;
✔ Substrat səthindəki atom düzülüşü GaN epitel təbəqəsində yığılma qüsurlarının (BSF) əmələ gəlməsinə səbəb olur. SiC substratlarında epitaksial GaN üçün substratda bir neçə mümkün atom düzülüş sırası mövcuddur ki, bu da onun üzərindəki epitaksial GaN təbəqəsinin ilkin atom yığılma sırasının uyğunsuzluğuna səbəb olur ki, bu da yığılma qüsurlarına meyllidir. Yığma qüsurları (SF) c oxu boyunca daxili elektrik sahələri yaradır və bu da müstəvidaxili daşıyıcı ayırma cihazlarının sızması kimi problemlərə səbəb olur;
✔ SiC substratının istilik genişlənmə əmsalı AlN və GaN-dən daha kiçikdir ki, bu da soyutma prosesi zamanı epitaksial təbəqə ilə substrat arasında istilik gərginliyinin toplanmasına səbəb olur. Waltereit və Brand tədqiqat nəticələrinə əsasən bu problemin nazik, koherent gərginləşdirilmiş AlN nüvələşmə təbəqələri üzərində GaN epitaksial təbəqələrinin yetişdirilməsi ilə aradan qaldırıla və ya həll edilə biləcəyini proqnozlaşdırdılar;
✔ Ga atomlarının zəif islanma problemi. GaN epitaksial təbəqələrini birbaşa SiC səthində böyüdərkən, iki atom arasındakı zəif islanma səbəbindən GaN substrat səthində 3D ada böyüməsinə meyllidir. Bufer təbəqəsinin tətbiqi GaN epitaksisində epitaksial materialların keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün ən çox istifadə edilən həll yoludur. AlN və ya AlxGa1-xN bufer təbəqəsinin tətbiqi SiC səthinin islanma qabiliyyətini effektiv şəkildə artıra və GaN epitaksial təbəqəsinin iki ölçüdə böyüməsinə səbəb ola bilər. Bundan əlavə, o, həmçinin stressi tənzimləyə və substrat qüsurlarının GaN epitaksisinə yayılmasının qarşısını ala bilər;
✔ SiC substratlarının hazırlanma texnologiyası inkişaf etməmişdir, substratın qiyməti yüksəkdir və təchizatçılar az, tədarük isə azdır.
Torres və digərlərinin tədqiqatları göstərir ki, epitaksiyadan əvvəl SiC substratının yüksək temperaturda (1600°C) H2 ilə aşındırılması substrat səthində daha nizamlı pilləli struktur yarada bilər və bununla da orijinal substrat səthində birbaşa yetişdirildiyi zamana nisbətən daha yüksək keyfiyyətli AlN epitaksial təbəqə əldə edə bilər. Xie və onun komandasının tədqiqatları həmçinin göstərir ki, silikon karbid substratının aşındırma ilə əvvəlcədən işlənməsi GaN epitaksial təbəqəsinin səth morfologiyasını və kristal keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. Smith və digərləri substrat/bufer təbəqəsindən və bufer təbəqəsi/epitaksial təbəqə interfeyslərindən qaynaqlanan yivli dislokasiyaların substratın düzlüyü ilə əlaqəli olduğunu aşkar etdilər [5].
Şəkil 4 Müxtəlif səth emalı şəraitində 6H-SiC substratı (0001) üzərində yetişdirilən GaN epitaksial təbəqə nümunələrinin TEM morfologiyası (a) kimyəvi təmizləmə; (b) kimyəvi təmizləmə + hidrogen plazma müalicəsi; (c) kimyəvi təmizləmə + hidrogen plazma müalicəsi + 30 dəqiqə ərzində 1300℃ hidrogen istilik müalicəsi
Si üzərində GaN epitaksisi
Silikon karbid, sapfir və digər substratlarla müqayisədə silikon substratın hazırlanması prosesi yetkindir və yüksək qiymət göstəricilərinə malik yetkin böyük ölçülü substratlar təmin edə bilər. Eyni zamanda, istilik keçiriciliyi və elektrik keçiriciliyi yaxşıdır və Si elektron cihaz prosesi yetkindir. Gələcəkdə optoelektronik GaN cihazlarını Si elektron cihazları ilə mükəmməl birləşdirmək imkanı da silikon üzərində GaN epitaksiyasının böyüməsini çox cəlbedici edir.
Lakin, Si substratı və GaN materialı arasında qəfəs sabitlərindəki böyük fərqə görə, Si substratı üzərində GaN-in heterojen epitaksisi tipik böyük uyğunsuzluq epitaksisidir və eyni zamanda bir sıra problemlərlə üzləşməlidir:
✔ Səth sərhədi enerjisi problemi. GaN Si substratında böyüdükdə, Si substratının səthi əvvəlcə nitridlənərək amorf silikon nitrid təbəqəsi əmələ gətirəcək ki, bu da yüksək sıxlıqlı GaN-ın nüvələşməsinə və böyüməsinə kömək etmir. Bundan əlavə, Si səthi əvvəlcə Ga ilə təmasda olacaq və bu da Si substratının səthini korroziyaya uğradacaq. Yüksək temperaturda Si səthinin parçalanması qara silikon ləkələri əmələ gətirmək üçün GaN epitaksial təbəqəsinə yayılacaq.
✔ GaN və Si arasındakı qəfəs sabiti uyğunsuzluğu böyükdür (~17%), bu da yüksək sıxlıqlı yivli çıxıqların əmələ gəlməsinə və epitaksial təbəqənin keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmasına səbəb olacaq;
✔ Si ilə müqayisədə GaN daha böyük istilik genişlənmə əmsalına malikdir (GaN-ın istilik genişlənmə əmsalı təxminən 5.6×10-6K-1, Si-nın istilik genişlənmə əmsalı isə təxminən 2.6×10-6K-1-dir) və epitaksial temperaturun otaq temperaturuna qədər soyuması zamanı GaN epitaksial təbəqəsində çatlar əmələ gələ bilər;
✔ Si yüksək temperaturda NH3 ilə reaksiyaya girərək polikristal SiNx əmələ gətirir. AlN polikristal SiNx üzərində üstünlük təşkil edən nüvə əmələ gətirə bilmir ki, bu da sonradan böyüyən GaN təbəqəsinin nizamsız istiqamətlənməsinə və çox sayda qüsurlara səbəb olur ki, bu da GaN epitaksial təbəqəsinin zəif kristal keyfiyyətinə və hətta təkkristal GaN epitaksial təbəqəsinin əmələ gəlməsində çətinlik yaradır [6].
Böyük qəfəs uyğunsuzluğu problemini həll etmək üçün tədqiqatçılar Si substratlarında bufer təbəqələri kimi AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO və SiC kimi materialları təqdim etməyə çalışıblar. Polikristal SiNx-in əmələ gəlməsinin qarşısını almaq və GaN/AlN/Si (111) materiallarının kristal keyfiyyətinə mənfi təsirini azaltmaq üçün, NH3-ün açıq Si səthi ilə reaksiyaya girərək SiNx əmələ gətirməsinin qarşısını almaq üçün AlN bufer təbəqəsinin epitaksial böyüməsindən əvvəl müəyyən bir müddət ərzində TMAl tətbiq etmək tələb olunur. Bundan əlavə, epitaksial təbəqənin keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün naxışlı substrat texnologiyası kimi epitaksial texnologiyalardan istifadə etmək olar. Bu texnologiyaların inkişafı epitaksial sərhəddə SiNx-in əmələ gəlməsinin qarşısını almağa, GaN epitaksial təbəqəsinin ikiölçülü böyüməsini təşviq etməyə və epitaksial təbəqənin böyümə keyfiyyətini yaxşılaşdırmağa kömək edir. Bundan əlavə, silikon substratda GaN epitaksial təbəqəsində çatların qarşısını almaq üçün istilik genişlənmə əmsallarındakı fərqdən qaynaqlanan dartılma gərginliyini kompensasiya etmək üçün AlN bufer təbəqəsi tətbiq olunur. Krostun tədqiqatı göstərir ki, AlN bufer təbəqəsinin qalınlığı ilə gərginliyin azalması arasında müsbət korrelyasiya mövcuddur. Bufer təbəqəsinin qalınlığı 12 nm-ə çatdıqda, epitaksial təbəqə çatlamadan müvafiq böyümə sxemi vasitəsilə silikon substrat üzərində 6 μm-dən qalın epitaksial təbəqə yetişdirilə bilər.
Tədqiqatçıların uzunmüddətli səylərindən sonra silikon substratlarda yetişdirilən GaN epitaksial təbəqələrinin keyfiyyəti əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılmış və sahə effekti tranzistorları, Şottki baryer ultrabənövşəyi detektorları, mavi-yaşıl LED-lər və ultrabənövşəyi lazerlər kimi cihazlar əhəmiyyətli irəliləyiş əldə etmişdir.
Xülasə, geniş istifadə olunan GaN epitaksial substratlarının hamısı heterojen epitaksial olduğundan, hamısı qəfəs uyğunsuzluğu və istilik genişlənmə əmsallarında müxtəlif dərəcələrdə böyük fərqlər kimi ümumi problemlərlə üzləşir. Homojen epitaksial GaN substratları texnologiyanın yetkinliyi ilə məhdudlaşır və substratlar hələ kütləvi istehsal olunmayıb. İstehsal dəyəri yüksək, substratın ölçüsü kiçikdir və substratın keyfiyyəti ideal deyil. Yeni GaN epitaksial substratlarının hazırlanması və epitaksial keyfiyyətin yaxşılaşdırılması hələ də GaN epitaksial sənayesinin daha da inkişafını məhdudlaşdıran vacib amillərdən biridir.
IV. GaN epitaksisi üçün ümumi üsullar
MOCVD (kimyəvi buxar çöküntüsü)
Görünür, GaN substratları üzərində homogen epitaksiya GaN epitaksiyası üçün ən yaxşı seçimdir. Lakin, kimyəvi buxar çöküntüsünün sələfləri trimetilqallium və ammonyak, daşıyıcı qaz isə hidrogen olduğundan, tipik MOCVD böyümə temperaturu təxminən 1000-1100℃, MOCVD-nin böyümə sürəti isə saatda təxminən bir neçə mikrondur. Atom səviyyəsində dik interfeyslər yarada bilər ki, bu da heterokeçidlərin, kvant quyularının, super qəfəslərin və digər strukturların böyüməsi üçün çox uyğundur. Onun sürətli böyümə sürəti, yaxşı vahidliyi və geniş sahəli və çox hissəli böyümə üçün uyğunluğu tez-tez sənaye istehsalında istifadə olunur.
MBE (molekulyar şüa epitaksisi)
Molekulyar şüa epitaksiyasında Ga elementar mənbədən istifadə edir və aktiv azot RF plazması vasitəsilə azotdan əldə edilir. MOCVD metodu ilə müqayisədə MBE böyümə temperaturu təxminən 350-400℃ aşağıdır. Aşağı böyümə temperaturu yüksək temperaturlu mühitlərin səbəb ola biləcəyi müəyyən çirklənmənin qarşısını ala bilər. MBE sistemi ultra yüksək vakuum altında işləyir ki, bu da daha çox yerində aşkarlama metodlarını inteqrasiya etməyə imkan verir. Eyni zamanda, onun böyümə sürəti və istehsal gücü MOCVD ilə müqayisə edilə bilməz və daha çox elmi tədqiqatlarda istifadə olunur [7].
Şəkil 5 (a) Eiko-MBE sxemi (b) MBE əsas reaksiya kamerasının sxemi
HVPE metodu (hidrid buxar fazalı epitaksi)
Hidrid buxar fazalı epitaksi metodunun sələfləri GaCl3 və NH3-dür. Detchprohm və digərləri bu metoddan sapfir substratının səthində yüzlərlə mikron qalınlığında GaN epitaksial təbəqə yetişdirmək üçün istifadə etdilər. Onların təcrübəsində sapfir substratı ilə epitaksial təbəqə arasında bufer təbəqəsi kimi bir ZnO təbəqəsi yetişdirildi və epitaksial təbəqə substrat səthindən soyuldu. MOCVD və MBE ilə müqayisədə HVPE metodunun əsas xüsusiyyəti onun yüksək böyümə sürətidir ki, bu da qalın təbəqələrin və toplu materialların istehsalı üçün uyğundur. Lakin, epitaksial təbəqənin qalınlığı 20μm-dən çox olduqda, bu üsulla istehsal olunan epitaksial təbəqə çatlara meylli olur.
Akira USUI bu üsula əsaslanan naxışlı substrat texnologiyasını təqdim etdi. Əvvəlcə MOCVD metodundan istifadə edərək sapfir substrat üzərində nazik 1-1,5 μm qalınlığında GaN epitaksial təbəqə yetişdirdilər. Epitaksial təbəqə aşağı temperatur şəraitində yetişdirilən 20 nm qalınlığında GaN bufer təbəqəsindən və yüksək temperatur şəraitində yetişdirilən GaN təbəqəsindən ibarət idi. Daha sonra, 430℃-də epitaksial təbəqənin səthinə SiO2 təbəqəsi çəkildi və fotolitoqrafiya yolu ilə SiO2 filmində pəncərə zolaqları düzəldildi. Zolaqlar arasındakı məsafə 7 μm, maska eni isə 1 μm-dən 4 μm-ə qədər dəyişdi. Bu təkmilləşdirmədən sonra, qalınlığı onlarla və ya hətta yüzlərlə mikrona qədər artdıqda belə, çatlamayan və güzgü kimi hamar olan 2 düymlük sapfir substrat üzərində GaN epitaksial təbəqəsi əldə etdilər. Qüsur sıxlığı ənənəvi HVPE metodundakı 109-1010 sm-2-dən təxminən 6 × 107 sm-2-yə endirildi. Onlar həmçinin təcrübədə böyümə sürətinin 75μm/saat-ı keçdikdə nümunənin səthinin kobudlaşacağını qeyd etdilər[8].
Şəkil 6 Qrafik Substrat Sxemi
V. Xülasə və Perspektiv
GaN materialları 2014-cü ildə, mavi işıqlı LED-in həmin il Fizika üzrə Nobel mükafatını qazanması ilə ortaya çıxmağa başladı və istehlakçı elektronikası sahəsində sürətli şarj tətbiqləri sahəsinə daxil oldu. Əslində, insanların əksəriyyətinin görə bilmədiyi 5G baza stansiyalarında istifadə edilən gücləndiricilərdə və RF cihazlarında tətbiqlər də səssizcə ortaya çıxdı. Son illərdə GaN əsaslı avtomobil səviyyəli güc cihazlarının irəliləməsinin GaN material tətbiqi bazarı üçün yeni böyümə nöqtələri açacağı gözlənilir.
Böyük bazar tələbi, şübhəsiz ki, GaN ilə əlaqəli sənaye və texnologiyaların inkişafına təkan verəcək. GaN ilə əlaqəli sənaye zəncirinin yetkinləşməsi və təkmilləşdirilməsi ilə mövcud GaN epitaksial texnologiyasının üzləşdiyi problemlər nəticədə təkmilləşdiriləcək və ya aradan qaldırılacaq. Gələcəkdə insanlar şübhəsiz ki, daha çox yeni epitaksial texnologiya və daha əla substrat seçimləri inkişaf etdirəcəklər. O vaxta qədər insanlar tətbiq ssenarilərinin xüsusiyyətlərinə uyğun olaraq müxtəlif tətbiq ssenariləri üçün ən uyğun xarici tədqiqat texnologiyasını və substratı seçə və ən rəqabətli xüsusi məhsullar istehsal edə biləcəklər.
Yazı vaxtı: 28 iyun 2024