1. Lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth
Datblygwyd technoleg lled-ddargludyddion y genhedlaeth gyntaf yn seiliedig ar ddeunyddiau lled-ddargludyddion fel Si a Ge. Dyma'r sail ddeunyddiol ar gyfer datblygu transistorau a thechnoleg cylched integredig. Gosododd y deunyddiau lled-ddargludyddion cenhedlaeth gyntaf y sylfaen ar gyfer y diwydiant electronig yn yr 20fed ganrif ac maent yn ddeunyddiau sylfaenol ar gyfer technoleg cylched integredig.
Mae'r deunyddiau lled-ddargludyddion ail genhedlaeth yn cynnwys yn bennaf arsenid gallium, ffosffid indium, ffosffid gallium, arsenid indium, arsenid alwminiwm a'u cyfansoddion teiran. Y deunyddiau lled-ddargludyddion ail genhedlaeth yw sylfaen y diwydiant gwybodaeth optoelectronig. Ar y sail hon, mae diwydiannau cysylltiedig fel goleuo, arddangos, laser, a ffotofoltäig wedi'u datblygu. Fe'u defnyddir yn helaeth mewn technoleg gwybodaeth gyfoes a diwydiannau arddangos optoelectronig.
Mae deunyddiau cynrychioliadol o ddeunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth yn cynnwys gallium nitrid a silicon carbide. Oherwydd eu bwlch band eang, cyflymder drifft dirlawnder electronau uchel, dargludedd thermol uchel, a chryfder maes chwalfa uchel, maent yn ddeunyddiau delfrydol ar gyfer paratoi dyfeisiau electronig dwysedd pŵer uchel, amledd uchel, a cholled isel. Yn eu plith, mae gan ddyfeisiau pŵer silicon carbide fanteision dwysedd ynni uchel, defnydd ynni isel, a maint bach, ac mae ganddynt ragolygon cymhwysiad eang mewn cerbydau ynni newydd, ffotofoltäig, cludiant rheilffyrdd, data mawr, a meysydd eraill. Mae gan ddyfeisiau RF gallium nitrid fanteision amledd uchel, pŵer uchel, lled band eang, defnydd pŵer isel a maint bach, ac mae ganddynt ragolygon cymhwysiad eang mewn cyfathrebu 5G, Rhyngrwyd Pethau, radar milwrol a meysydd eraill. Yn ogystal, mae dyfeisiau pŵer sy'n seiliedig ar gallium nitrid wedi cael eu defnyddio'n helaeth yn y maes foltedd isel. Yn ogystal, yn ystod y blynyddoedd diwethaf, disgwylir i ddeunyddiau ocsid gallium sy'n dod i'r amlwg ffurfio cyflenwoldeb technegol â thechnolegau SiC a GaN presennol, a bod ganddynt ragolygon cymhwysiad posibl yn y meysydd amledd isel a foltedd uchel.
O'i gymharu â deunyddiau lled-ddargludyddion yr ail genhedlaeth, mae gan ddeunyddiau lled-ddargludyddion y drydedd genhedlaeth led bandgap ehangach (lled bandgap Si, deunydd nodweddiadol o ddeunydd lled-ddargludyddion y genhedlaeth gyntaf, yw tua 1.1eV, lled bandgap GaAs, deunydd nodweddiadol o ddeunydd lled-ddargludyddion yr ail genhedlaeth, yw tua 1.42eV, ac mae lled bandgap GaN, deunydd nodweddiadol o ddeunydd lled-ddargludyddion y drydedd genhedlaeth, yn uwch na 2.3eV), ymwrthedd ymbelydredd cryfach, ymwrthedd cryfach i chwalfa maes trydan, a gwrthiant tymheredd uwch. Mae deunyddiau lled-ddargludyddion y drydedd genhedlaeth gyda lled bandgap ehangach yn arbennig o addas ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau electronig sy'n gwrthsefyll ymbelydredd, amledd uchel, pŵer uchel a dwysedd integreiddio uchel. Mae eu cymwysiadau mewn dyfeisiau amledd radio microdon, LEDs, laserau, dyfeisiau pŵer a meysydd eraill wedi denu llawer o sylw, ac maent wedi dangos rhagolygon datblygu eang mewn cyfathrebu symudol, gridiau clyfar, trafnidiaeth rheilffordd, cerbydau ynni newydd, electroneg defnyddwyr, a dyfeisiau golau uwchfioled a glas-wyrdd [1].
Ffynhonnell y ddelwedd: CASA, Sefydliad Ymchwil Gwarantau Zheshang
Ffigur 1 Graddfa amser a rhagolwg dyfais pŵer GaN
Strwythur a nodweddion deunydd GaN II
Mae GaN yn lled-ddargludydd bandgap uniongyrchol. Mae lled bandgap strwythur y wurtzite ar dymheredd ystafell tua 3.26eV. Mae gan ddeunyddiau GaN dair prif strwythur crisial, sef strwythur wurtzite, strwythur sffalerit a strwythur halen craig. Yn eu plith, strwythur y wurtzite yw'r strwythur crisial mwyaf sefydlog. Mae Ffigur 2 yn ddiagram o strwythur wurtzite hecsagonol GaN. Mae strwythur wurtzite deunydd GaN yn perthyn i strwythur hecsagonol wedi'i bacio'n dynn. Mae gan bob cell uned 12 atom, gan gynnwys 6 atom N a 6 atom Ga. Mae pob atom Ga (N) yn ffurfio bond gyda'r 4 atom N (Ga) agosaf ac wedi'i bentyrru yn nhrefn ABABAB… ar hyd y cyfeiriad [0001] [2].
Ffigur 2 Diagram celloedd grisial GaN strwythur Wurtzite
III Swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer epitacsi GaN
Ymddengys mai epitacsi homogenaidd ar swbstradau GaN yw'r dewis gorau ar gyfer epitacsi GaN. Fodd bynnag, oherwydd egni bond mawr GaN, pan fydd y tymheredd yn cyrraedd y pwynt toddi o 2500 ℃, mae ei bwysau dadelfennu cyfatebol tua 4.5GPa. Pan fydd y pwysau dadelfennu yn is na'r pwysau hwn, nid yw GaN yn toddi ond yn dadelfennu'n uniongyrchol. Mae hyn yn gwneud technolegau paratoi swbstradau aeddfed fel y dull Czochralski yn anaddas ar gyfer paratoi swbstradau grisial sengl GaN, gan wneud swbstradau GaN yn anodd eu cynhyrchu ar raddfa fawr ac yn gostus. Felly, y swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin mewn twf epitacsiaidd GaN yw Si, SiC, saffir, ac ati yn bennaf [3].
Siart 3 GaN a pharamedrau deunyddiau swbstrad a ddefnyddir yn gyffredin
Epitacsi GaN ar saffir
Mae gan saffir briodweddau cemegol sefydlog, mae'n rhad, ac mae ganddo aeddfedrwydd uchel mewn diwydiant cynhyrchu ar raddfa fawr. Felly, mae wedi dod yn un o'r deunyddiau swbstrad cynharaf a ddefnyddir fwyaf eang mewn peirianneg dyfeisiau lled-ddargludyddion. Fel un o'r swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer epitacsi GaN, y prif broblemau y mae angen eu datrys ar gyfer swbstradau saffir yw:
✔ Oherwydd y gwahaniaeth mawr yn y dellt rhwng saffir (Al2O3) a GaN (tua 15%), mae dwysedd y diffygion ar y rhyngwyneb rhwng yr haen epitacsial a'r swbstrad yn uchel iawn. Er mwyn lleihau ei effeithiau andwyol, rhaid rhoi triniaeth ragbrofol gymhleth ar y swbstrad cyn i'r broses epitacsi ddechrau. Cyn tyfu epitacsi GaN ar swbstradau saffir, rhaid glanhau wyneb y swbstrad yn llym yn gyntaf i gael gwared ar halogion, difrod caboli gweddilliol, ac ati, ac i gynhyrchu grisiau a strwythurau wyneb gris. Yna, caiff wyneb y swbstrad ei nitridio i newid priodweddau gwlychu'r haen epitacsial. Yn olaf, mae angen dyddodi haen byffer AlN denau (fel arfer 10-100nm o drwch) ar wyneb y swbstrad a'i anelio ar dymheredd isel i baratoi ar gyfer y twf epitacsial terfynol. Er hynny, mae dwysedd dadleoliad ffilmiau epitacsial GaN a dyfir ar swbstradau saffir yn dal yn uwch na dwysedd ffilmiau homoepitacsial (tua 1010cm-2, o'i gymharu â dwysedd dadleoliad bron yn sero mewn ffilmiau homoepitacsial silicon neu ffilmiau homoepitacsial arsenid gallium, neu rhwng 102 a 104cm-2). Mae'r dwysedd diffyg uwch yn lleihau symudedd cludwr, a thrwy hynny'n byrhau oes cludwr lleiafrifol ac yn lleihau dargludedd thermol, a bydd hyn i gyd yn lleihau perfformiad y ddyfais [4];
✔ Mae cyfernod ehangu thermol saffir yn fwy na chyfernod ehangu thermol GaN, felly bydd straen cywasgol deu-echelinol yn cael ei gynhyrchu yn yr haen epitacsial yn ystod y broses o oeri o'r tymheredd dyddodiad i dymheredd ystafell. Ar gyfer ffilmiau epitacsial mwy trwchus, gall y straen hwn achosi cracio'r ffilm neu hyd yn oed y swbstrad;
✔ O'i gymharu â swbstradau eraill, mae dargludedd thermol swbstradau saffir yn is (tua 0.25W * cm-1 * K-1 ar 100 ℃), ac mae'r perfformiad gwasgaru gwres yn wael;
✔ Oherwydd ei ddargludedd gwael, nid yw swbstradau saffir yn ffafriol i'w hintegreiddio a'u cymhwyso gyda dyfeisiau lled-ddargludyddion eraill.
Er bod dwysedd diffygion haenau epitacsial GaN a dyfir ar swbstradau saffir yn uchel, nid yw'n ymddangos ei fod yn lleihau perfformiad optoelectronig LEDs glas-wyrdd sy'n seiliedig ar GaN yn sylweddol, felly mae swbstradau saffir yn dal i fod yn swbstradau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer LEDs sy'n seiliedig ar GaN.
Gyda datblygiad mwy o gymwysiadau newydd o ddyfeisiau GaN fel laserau neu ddyfeisiau pŵer dwysedd uchel eraill, mae diffygion cynhenid swbstradau saffir wedi dod yn gyfyngiad cynyddol ar eu cymhwysiad. Yn ogystal, gyda datblygiad technoleg tyfu swbstrad SiC, lleihau costau ac aeddfedrwydd technoleg epitacsial GaN ar swbstradau Si, mae mwy o ymchwil ar dyfu haenau epitacsial GaN ar swbstradau saffir wedi dangos tuedd oeri yn raddol.
Epitacsi GaN ar SiC
O'i gymharu â saffir, mae gan swbstradau SiC (crisialau 4H a 6H) anghydweddiad dellt llai gyda haenau epitacsial GaN (3.1%, sy'n cyfateb i ffilmiau epitacsial wedi'u cyfeirio at [0001], dargludedd thermol uwch (tua 3.8W*cm-1*K-1), ac ati. Yn ogystal, mae dargludedd swbstradau SiC hefyd yn caniatáu gwneud cysylltiadau trydanol ar gefn y swbstrad, sy'n helpu i symleiddio strwythur y ddyfais. Mae bodolaeth y manteision hyn wedi denu mwy a mwy o ymchwilwyr i weithio ar epitacsi GaN ar swbstradau silicon carbid.
Fodd bynnag, mae gweithio'n uniongyrchol ar swbstradau SiC i osgoi tyfu epihaenau GaN hefyd yn wynebu cyfres o anfanteision, gan gynnwys y canlynol:
✔ Mae garwedd arwyneb swbstradau SiC yn llawer uwch na garwedd arwyneb swbstradau saffir (garwedd saffir 0.1nm RMS, garwedd SiC 1nm RMS), mae gan swbstradau SiC galedwch uchel a pherfformiad prosesu gwael, ac mae'r garwedd hwn a'r difrod caboli gweddilliol hefyd yn un o ffynonellau diffygion mewn epilaewyr GaN.
✔ Mae dwysedd dadleoliad sgriwiau swbstradau SiC yn uchel (dwysedd dadleoliad 103-104cm-2), gall dadleoliadau sgriwiau ymledu i'r epihaen GaN a lleihau perfformiad y ddyfais;
✔ Mae'r trefniant atomig ar wyneb y swbstrad yn achosi ffurfio namau pentyrru (BSFs) yn yr epihaen GaN. Ar gyfer GaN epitacsial ar swbstradau SiC, mae sawl trefniant atomig posibl ar y swbstrad, gan arwain at drefn pentyrru atomig gychwynnol anghyson o'r haen epitacsial GaN arno, sy'n dueddol o gael namau pentyrru. Mae namau pentyrru (SFs) yn cyflwyno meysydd trydanol adeiledig ar hyd yr echelin-c, gan arwain at broblemau fel gollyngiad dyfeisiau gwahanu cludwyr yn y plân;
✔ Mae cyfernod ehangu thermol swbstrad SiC yn llai na chyfernod AlN a GaN, sy'n achosi cronni straen thermol rhwng yr haen epitacsial a'r swbstrad yn ystod y broses oeri. Rhagwelodd Waltereit a Brand, yn seiliedig ar ganlyniadau eu hymchwil, y gellir lleddfu neu ddatrys y broblem hon trwy dyfu haenau epitacsial GaN ar haenau niwcleiadu AlN tenau, wedi'u straenio'n gydlynol;
✔ Problem gwlybaniaeth gwael atomau Ga. Wrth dyfu haenau epitacsial GaN yn uniongyrchol ar wyneb SiC, oherwydd y gwlybaniaeth gwael rhwng y ddau atom, mae GaN yn dueddol o dwf ynysoedd 3D ar wyneb y swbstrad. Cyflwyno haen byffer yw'r ateb a ddefnyddir amlaf i wella ansawdd deunyddiau epitacsial mewn epitacsi GaN. Gall cyflwyno haen byffer AlN neu AlxGa1-xN wella gwlybaniaeth wyneb SiC yn effeithiol a gwneud i'r haen epitacsial GaN dyfu mewn dau ddimensiwn. Yn ogystal, gall hefyd reoleiddio straen ac atal diffygion swbstrad rhag ymestyn i epitacsi GaN;
✔ Mae technoleg paratoi swbstradau SiC yn anaeddfed, mae cost y swbstrad yn uchel, ac ychydig o gyflenwyr sydd a chyflenwad bach.
Mae ymchwil Torres et al. yn dangos y gall ysgythru'r swbstrad SiC gyda H2 ar dymheredd uchel (1600°C) cyn epitacsi gynhyrchu strwythur cam mwy trefnus ar wyneb y swbstrad, a thrwy hynny gael ffilm epitacsiaidd AlN o ansawdd uwch nag y caiff ei dyfu'n uniongyrchol ar wyneb gwreiddiol y swbstrad. Mae ymchwil Xie a'i dîm hefyd yn dangos y gall rhag-drin ysgythru'r swbstrad silicon carbid wella morffoleg wyneb ac ansawdd crisial yr haen epitacsiaidd GaN yn sylweddol. Canfu Smith et al. fod dadleoliadau edafu sy'n tarddu o'r rhyngwynebau swbstrad/haen byffer a haen byffer/haen epitacsiaidd yn gysylltiedig â gwastadrwydd y swbstrad [5].
Ffigur 4 Morffoleg TEM samplau haen epitacsial GaN a dyfwyd ar swbstrad 6H-SiC (0001) o dan amodau triniaeth arwyneb gwahanol (a) glanhau cemegol; (b) glanhau cemegol + triniaeth plasma hydrogen; (c) glanhau cemegol + triniaeth plasma hydrogen + triniaeth gwres hydrogen 1300℃ am 30 munud
Epitacsi GaN ar Si
O'i gymharu â silicon carbide, saffir a swbstradau eraill, mae'r broses paratoi swbstrad silicon yn aeddfed, a gall ddarparu swbstradau maint mawr aeddfed yn sefydlog gyda pherfformiad cost uchel. Ar yr un pryd, mae'r dargludedd thermol a'r dargludedd trydanol yn dda, ac mae'r broses ddyfais electronig Si yn aeddfed. Mae'r posibilrwydd o integreiddio dyfeisiau GaN optoelectronig yn berffaith â dyfeisiau electronig Si yn y dyfodol hefyd yn gwneud twf epitacsi GaN ar silicon yn ddeniadol iawn.
Fodd bynnag, oherwydd y gwahaniaeth mawr mewn cysonion dellt rhwng swbstrad Si a deunydd GaN, mae epitacsi heterogenaidd GaN ar swbstrad Si yn epitacsi anghydweddiad mawr nodweddiadol, ac mae angen iddo hefyd wynebu cyfres o broblemau:
✔ Problem ynni rhyngwyneb arwyneb. Pan fydd GaN yn tyfu ar swbstrad Si, bydd wyneb y swbstrad Si yn cael ei nitridio yn gyntaf i ffurfio haen silicon nitrid amorffaidd nad yw'n ffafriol i niwcleiadu a thwf GaN dwysedd uchel. Yn ogystal, bydd wyneb y Si yn dod i gysylltiad â Ga yn gyntaf, a fydd yn cyrydu wyneb y swbstrad Si. Ar dymheredd uchel, bydd dadelfennu wyneb y Si yn tryledu i'r haen epitacsial GaN i ffurfio smotiau silicon du.
✔ Mae'r anghydweddiad cysonyn dellt rhwng GaN a Si yn fawr (~17%), a fydd yn arwain at ffurfio dadleoliadau edafu dwysedd uchel ac yn lleihau ansawdd yr haen epitacsial yn sylweddol;
✔ O'i gymharu â Si, mae gan GaN gyfernod ehangu thermol mwy (mae cyfernod ehangu thermol GaN tua 5.6 × 10-6K-1, mae cyfernod ehangu thermol Si tua 2.6 × 10-6K-1), a gall craciau gael eu cynhyrchu yn haen epitacsial GaN wrth i'r tymheredd epitacsial oeri i dymheredd ystafell;
✔ Mae Si yn adweithio ag NH3 ar dymheredd uchel i ffurfio SiNx polygrisialog. Ni all AlN ffurfio niwclews â chyfeiriadedd ffafriol ar SiNx polygrisialog, sy'n arwain at gyfeiriadedd anhrefnus yr haen GaN sy'n tyfu wedi hynny a nifer uchel o ddiffygion, gan arwain at ansawdd crisial gwael yr haen epitacsial GaN, a hyd yn oed anhawster wrth ffurfio haen epitacsial GaN ungrisialog [6].
Er mwyn datrys problem anghydweddiad dellt mawr, mae ymchwilwyr wedi ceisio cyflwyno deunyddiau fel AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, a SiC fel haenau byffer ar swbstradau Si. Er mwyn osgoi ffurfio SiNx polygrisialog a lleihau ei effeithiau andwyol ar ansawdd crisial deunyddiau GaN/AlN/Si (111), fel arfer mae angen cyflwyno TMAl am gyfnod penodol o amser cyn twf epitacsial yr haen byffer AlN i atal NH3 rhag adweithio â'r wyneb Si agored i ffurfio SiNx. Yn ogystal, gellir defnyddio technolegau epitacsial fel technoleg swbstrad patrymog i wella ansawdd yr haen epitacsial. Mae datblygu'r technolegau hyn yn helpu i atal ffurfio SiNx ar y rhyngwyneb epitacsial, hyrwyddo twf dau ddimensiwn yr haen epitacsial GaN, a gwella ansawdd twf yr haen epitacsial. Yn ogystal, cyflwynir haen byffer AlN i wneud iawn am y straen tynnol a achosir gan y gwahaniaeth mewn cyfernodau ehangu thermol i osgoi craciau yn yr haen epitacsial GaN ar y swbstrad silicon. Mae ymchwil Krost yn dangos bod cydberthynas gadarnhaol rhwng trwch yr haen byffer AlN a'r gostyngiad mewn straen. Pan fydd trwch yr haen byffer yn cyrraedd 12nm, gellir tyfu haen epitacsial sy'n fwy trwchus na 6μm ar swbstrad silicon trwy gynllun twf priodol heb i'r haen epitacsial gracio.
Ar ôl ymdrechion hirdymor gan ymchwilwyr, mae ansawdd haenau epitacsial GaN a dyfir ar swbstradau silicon wedi gwella'n sylweddol, ac mae dyfeisiau fel transistorau effaith maes, synwyryddion uwchfioled rhwystr Schottky, LEDs glas-wyrdd a laserau uwchfioled wedi gwneud cynnydd sylweddol.
I grynhoi, gan fod y swbstradau epitacsial GaN a ddefnyddir yn gyffredin i gyd yn epitacsi heterogenaidd, maent i gyd yn wynebu problemau cyffredin fel anghydweddiad dellt a gwahaniaethau mawr mewn cyfernodau ehangu thermol i wahanol raddau. Mae swbstradau GaN epitacsial homogenaidd wedi'u cyfyngu gan aeddfedrwydd technoleg, ac nid yw'r swbstradau wedi'u cynhyrchu'n dorfol eto. Mae'r gost gynhyrchu yn uchel, mae maint y swbstrad yn fach, ac nid yw ansawdd y swbstrad yn ddelfrydol. Mae datblygu swbstradau epitacsial GaN newydd a gwella ansawdd epitacsial yn dal i fod yn un o'r ffactorau pwysig sy'n cyfyngu ar ddatblygiad pellach y diwydiant epitacsial GaN.
IV. Dulliau cyffredin ar gyfer epitacsi GaN
MOCVD (dyddodiad anwedd cemegol)
Ymddengys mai epitacsi homogenaidd ar swbstradau GaN yw'r dewis gorau ar gyfer epitacsi GaN. Fodd bynnag, gan mai trimethylgallium ac amonia yw rhagflaenwyr dyddodiad anwedd cemegol, a hydrogen yw'r nwy cludwr, tymheredd twf MOCVD nodweddiadol yw tua 1000-1100 ℃, ac mae cyfradd twf MOCVD tua ychydig ficronau yr awr. Gall gynhyrchu rhyngwynebau serth ar y lefel atomig, sy'n addas iawn ar gyfer tyfu heterojunctions, ffynhonnau cwantwm, uwchlattices a strwythurau eraill. Defnyddir ei gyfradd twf gyflym, unffurfiaeth dda, a'i addasrwydd ar gyfer twf arwynebedd mawr ac aml-ddarn yn aml mewn cynhyrchu diwydiannol.
MBE (epitacsi trawst moleciwlaidd)
Mewn epitacsi trawst moleciwlaidd, mae Ga yn defnyddio ffynhonnell elfennol, a cheir nitrogen gweithredol o nitrogen trwy plasma RF. O'i gymharu â'r dull MOCVD, mae tymheredd twf MBE tua 350-400 ℃ yn is. Gall y tymheredd twf is osgoi rhywfaint o lygredd a all gael ei achosi gan amgylcheddau tymheredd uchel. Mae'r system MBE yn gweithredu o dan wactod uwch-uchel, sy'n caniatáu iddi integreiddio mwy o ddulliau canfod in-situ. Ar yr un pryd, ni ellir cymharu ei gyfradd twf a'i chynhwysedd cynhyrchu â MOCVD, ac fe'i defnyddir yn fwy mewn ymchwil wyddonol [7].
Ffigur 5 (a) sgematig Eiko-MBE (b) sgematig siambr prif adwaith MBE
Dull HVPE (epitacsi cyfnod anwedd hydrid)
Rhagflaenwyr y dull epitacsi cyfnod anwedd hydrid yw GaCl3 ac NH3. Defnyddiodd Detchprohm et al. y dull hwn i dyfu haen epitacsial GaN cannoedd o ficronau o drwch ar wyneb swbstrad saffir. Yn eu harbrawf, tyfwyd haen o ZnO rhwng y swbstrad saffir a'r haen epitacsial fel haen glustog, a phliciwyd yr haen epitacsial oddi ar wyneb y swbstrad. O'i gymharu â MOCVD ac MBE, prif nodwedd y dull HVPE yw ei gyfradd twf uchel, sy'n addas ar gyfer cynhyrchu haenau trwchus a deunyddiau swmp. Fodd bynnag, pan fydd trwch yr haen epitacsial yn fwy na 20μm, mae'r haen epitacsial a gynhyrchir gan y dull hwn yn dueddol o graciau.
Cyflwynodd Akira USUI dechnoleg swbstrad patrymog yn seiliedig ar y dull hwn. Yn gyntaf, fe wnaethant dyfu haen epitacsial GaN denau 1-1.5μm o drwch ar swbstrad saffir gan ddefnyddio'r dull MOCVD. Roedd yr haen epitacsial yn cynnwys haen byffer GaN 20nm o drwch a dyfwyd o dan amodau tymheredd isel a haen GaN a dyfwyd o dan amodau tymheredd uchel. Yna, ar 430 ℃, platiwyd haen o SiO2 ar wyneb yr haen epitacsial, a gwnaed streipiau ffenestr ar y ffilm SiO2 trwy ffotolithograffeg. Roedd y bylchau rhwng y streipiau yn 7μm ac roedd lled y mwgwd yn amrywio o 1μm i 4μm. Ar ôl y gwelliant hwn, fe wnaethant gael haen epitacsial GaN ar swbstrad saffir 2 fodfedd o ddiamedr a oedd yn rhydd o graciau ac mor llyfn â drych hyd yn oed pan gynyddodd y trwch i ddegau neu hyd yn oed gannoedd o ficronau. Gostyngwyd dwysedd y diffyg o 109-1010cm-2 o'r dull HVPE traddodiadol i tua 6 × 107cm-2. Fe wnaethant hefyd nodi yn yr arbrawf pan fyddai'r gyfradd twf yn fwy na 75μm/awr, y byddai wyneb y sampl yn mynd yn arw[8].
Ffigur 6 Cynllun Swbstrad Graffigol
V. Crynodeb a Rhagolwg
Dechreuodd deunyddiau GaN ddod i'r amlwg yn 2014 pan enillodd y golau LED glas Wobr Nobel mewn Ffiseg y flwyddyn honno, a daeth i faes y cyhoedd o gymwysiadau gwefru cyflym ym maes electroneg defnyddwyr. Mewn gwirionedd, mae cymwysiadau mewn mwyhaduron pŵer a dyfeisiau RF a ddefnyddir mewn gorsafoedd sylfaen 5G na all y rhan fwyaf o bobl eu gweld hefyd wedi dod i'r amlwg yn dawel. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, disgwylir i ddatblygiad dyfeisiau pŵer gradd modurol sy'n seiliedig ar GaN agor pwyntiau twf newydd ar gyfer marchnad cymwysiadau deunyddiau GaN.
Bydd y galw enfawr yn y farchnad yn sicr o hyrwyddo datblygiad diwydiannau a thechnolegau sy'n gysylltiedig â GaN. Gyda aeddfedrwydd a gwelliant y gadwyn ddiwydiannol sy'n gysylltiedig â GaN, bydd y problemau y mae technoleg epitacsial GaN bresennol yn eu hwynebu yn y pen draw yn cael eu gwella neu eu goresgyn. Yn y dyfodol, bydd pobl yn sicr o ddatblygu mwy o dechnolegau epitacsial newydd a mwy o opsiynau swbstrad rhagorol. Erbyn hynny, bydd pobl yn gallu dewis y dechnoleg ymchwil allanol a'r swbstrad mwyaf addas ar gyfer gwahanol senarios cymhwysiad yn ôl nodweddion y senarios cymhwysiad, a chynhyrchu'r cynhyrchion wedi'u haddasu mwyaf cystadleuol.
Amser postio: Mehefin-28-2024