1. Leth-sheoladairean an treas ginealach
Chaidh teicneòlas leth-chonnsachaidh a’ chiad ghinealach a leasachadh stèidhichte air stuthan leth-chonnsachaidh leithid Si agus Ge. ’S e seo am bunait stuthan airson leasachadh transistors agus teicneòlas cuairteachaidh amalaichte. Chuir na stuthan leth-chonnsachaidh a’ chiad ghinealach am bunait airson gnìomhachas an eileagtronaig san 20mh linn agus ’s iad na stuthan bunaiteach airson teicneòlas cuairteachaidh amalaichte.
Tha na stuthan leth-chonnsachaidh den dàrna ginealach a’ toirt a-steach gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, alùmanum arsenide agus na todhar trì-fhillte aca sa mhòr-chuid. ’S e na stuthan leth-chonnsachaidh den dàrna ginealach bunait gnìomhachas fiosrachaidh optoelectronic. Air a’ bhunait seo, chaidh gnìomhachasan co-cheangailte leithid solais, taisbeanadh, laser, agus photovoltaics a leasachadh. Tha iad air an cleachdadh gu farsaing ann an gnìomhachasan teicneòlas fiosrachaidh agus taisbeanaidh optoelectronic an latha an-diugh.
Am measg nan stuthan riochdachail de na stuthan leth-chonnsachaidh treas ginealach tha gallium nitride agus silicon carbide. Air sgàth am beàrn còmhlan farsaing, astar drift sàthaidh electron àrd, seoltachd teirmeach àrd, agus neart achaidh briseadh sìos àrd, tha iad nan stuthan air leth freagarrach airson innealan dealanach dùmhlachd cumhachd àrd, tricead àrd, agus call ìosal ullachadh. Nam measg, tha buannachdan dùmhlachd lùtha àrd, caitheamh lùtha ìosal, agus meud beag aig innealan cumhachd silicon carbide, agus tha cothroman tagraidh farsaing aca ann an carbadan lùtha ùra, photovoltaics, còmhdhail rèile, dàta mòr, agus raointean eile. Tha buannachdan tricead àrd, cumhachd àrd, leud-bann farsaing, caitheamh cumhachd ìosal agus meud beag aig innealan RF gallium nitride, agus tha cothroman tagraidh farsaing aca ann an conaltradh 5G, Eadar-lìon nan Rudan, radar armachd agus raointean eile. A bharrachd air an sin, chaidh innealan cumhachd stèidhichte air gallium nitride a chleachdadh gu farsaing ann an raon bholtaids ìosal. A bharrachd air an sin, anns na bliadhnachan mu dheireadh, thathar an dùil gum bi stuthan gallium oxide a tha a’ tighinn am bàrr a’ cruthachadh co-phàirteachas teicnigeach le teicneòlasan SiC agus GaN a th’ ann mar-thà, agus gu bheil cothroman tagraidh comasach aca anns na raointean tricead ìosal agus bholtaids àrd.
An coimeas ris na stuthan leth-chonnsachaidh den dàrna ginealach, tha leud beàrn-chòmhlain nas fharsainge aig na stuthan leth-chonnsachaidh den treas ginealach (tha leud beàrn-chòmhlain Si, stuth àbhaisteach den chiad ghinealach de stuth leth-chonnsachaidh, mu 1.1eV, tha leud beàrn-chòmhlain GaAs, stuth àbhaisteach den dàrna ginealach de stuth leth-chonnsachaidh, mu 1.42eV, agus tha leud beàrn-chòmhlain GaN, stuth àbhaisteach den treas ginealach de stuth leth-chonnsachaidh, os cionn 2.3eV), strì an aghaidh rèididheachd nas làidire, strì an aghaidh briseadh sìos achaidh dealain, agus strì an aghaidh teòthachd nas àirde. Tha na stuthan leth-chonnsachaidh den treas ginealach le leud beàrn-chòmhlain nas fharsainge gu sònraichte freagarrach airson cinneasachadh innealan dealanach a tha an aghaidh rèididheachd, àrd-tricead, àrd-chumhachd agus dùmhlachd-aonachaidh àrd. Tha na tagraidhean aca ann an innealan tricead rèidio meanbh-thonn, LEDs, lasers, innealan cumhachd agus raointean eile air mòran aire a tharraing, agus tha iad air cothroman leasachaidh farsaing a nochdadh ann an conaltradh gluasadach, lìonraidhean snasail, còmhdhail rèile, carbadan lùtha ùra, electronics luchd-cleachdaidh, agus innealan solais ultraviolet agus gorm-uaine [1].
Stòr ìomhaigh: CASA, Institiud Rannsachaidh Thèarainteachdan Zheshang
Figear 1 Sgèile-ama agus ro-aithris inneal cumhachd GaN
Structar agus feartan stuth GaN II
'S e leth-chonnsair le beàrn-chòmhlain dhìreach a th' ann an GaN. Tha leud beàrn-chòmhlain structar wurtzite aig teòthachd an t-seòmair mu 3.26eV. Tha trì prìomh structaran criostail aig stuthan GaN, is iad sin structar wurtzite, structar sphalerite agus structar salainn-creige. Nam measg, 's e structar wurtzite an structar criostail as seasmhaiche. Tha Figear 2 na dhiagram de structar wurtzite sia-thaobhach GaN. Buinidh structar wurtzite stuth GaN do structar dlùth-phacaichte sia-thaobhach. Tha 12 dadaman anns gach cealla aonad, nam measg 6 dadaman N agus 6 dadaman Ga. Bidh gach dadam Ga (N) a’ cruthachadh ceangal leis na 4 dadaman N (Ga) as fhaisge agus tha e air a chruachadh ann an òrdugh ABABAB… air feadh an stiùiridh [0001] [2].
Figear 2 Diagram cealla criostail GaN structar Wurtzite
III Fo-stratan a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson epitaxy GaN
Tha e coltach gur e epitaxy aon-ghnèitheach air fo-stratan GaN an roghainn as fheàrr airson epitaxy GaN. Ach, air sgàth lùth ceangail mòr GaN, nuair a ruigeas an teòthachd puing leaghaidh de 2500 ℃, tha an cuideam lobhadh co-fhreagarrach aige timcheall air 4.5GPa. Nuair a tha an cuideam lobhadh nas ìsle na an cuideam seo, chan eil GaN a’ leaghadh ach a’ lobhadh gu dìreach. Tha seo a’ fàgail teicneòlasan ullachaidh fo-stratan aibidh leithid dòigh Czochralski mì-fhreagarrach airson ullachadh fo-stratan criostail singilte GaN, ga dhèanamh duilich fo-stratan GaN a thoirt gu buil ann an àireamhan mòra agus cosgail. Mar sin, is e Si, SiC, sapphire, msaa. na fo-stratan a thathas a’ cleachdadh gu cumanta ann am fàs epitaxial GaN sa mhòr-chuid [3].
Cairt 3 GaN agus paramadairean stuthan fo-strat a thathas a’ cleachdadh gu cumanta
Epitaxy GaN air sapphire
Tha feartan ceimigeach seasmhach aig safir, tha e saor, agus tha e air a bhith air aibidh gu ìre àrd ann an gnìomhachas cinneasachaidh mòr-sgèile. Mar sin, tha e air a bhith mar aon de na stuthan fo-strat as tràithe agus as fharsainge a thathas a’ cleachdadh ann an innleadaireachd innealan leth-chonnsachaidh. Mar aon de na fo-stratan a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson epitaxy GaN, is iad na prìomh dhuilgheadasan a dh’ fheumar fhuasgladh airson fo-stratan safir:
✔ Air sgàth an neo-cho-fhreagarrachd mhòr anns a’ ghrèis eadar sapphire (Al2O3) agus GaN (mu 15%), tha dùmhlachd nan lochdan aig an eadar-aghaidh eadar an sreath epitaxial agus an t-substrate glè àrd. Gus na droch bhuaidhean aige a lughdachadh, feumar an t-substrate a chur fo ro-làimhseachadh iom-fhillte mus tòisich am pròiseas epitaxy. Mus tèid epitaxy GaN fhàs air substrates sapphire, feumar uachdar an substrate a ghlanadh gu mionaideach an toiseach gus truailleadh, milleadh snasta a tha air fhàgail, msaa. a thoirt air falbh, agus gus ceumannan agus structaran uachdar ceum a thoirt gu buil. An uairsin, tha uachdar an substrate air a nitride gus feartan fliuchaidh an t-sreath epitaxial atharrachadh. Mu dheireadh, feumar sreath bufair tana AlN (mar as trice 10-100nm de thighead) a thasgadh air uachdar an substrate agus a losgadh aig teòthachd ìosal gus ullachadh airson an fhàs epitaxial mu dheireadh. A dh’aindeoin sin, tha dùmhlachd dì-àiteachaidh ann am filmichean epitaxial GaN a chaidh fhàs air fo-stratan sapphire fhathast nas àirde na dùmhlachd fhilmichean homoepitaxial (mu 1010cm-2, an taca ri dùmhlachd dì-àiteachaidh cha mhòr neoni ann am filmichean homoepitaxial silicon no filmichean homoepitaxial gallium arsenide, no eadar 102 agus 104cm-2). Bidh an dùmhlachd locht nas àirde a’ lughdachadh gluasadachd giùlain, agus mar sin a’ giorrachadh fad-beatha giùlain mhion-chuid agus a’ lughdachadh giùlan teirmeach, agus lughdaichidh seo uile coileanadh an inneil [4];
✔ Tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach sapphire nas motha na co-èifeachd leudachaidh teirmeach GaN, agus mar sin thèid cuideam teannachaidh dà-aiseach a chruthachadh anns an t-sreath epitaxial rè a’ phròiseas fuarachaidh bhon teòthachd tasgaidh gu teòthachd an t-seòmair. Airson filmichean epitaxial nas tiugh, faodaidh an cuideam seo sgàineadh adhbhrachadh anns an fhilm no eadhon anns an t-substrate;
✔ An coimeas ri fo-stratan eile, tha an giùlan teirmeach aig fo-stratan sapphire nas ìsle (mu 0.25W * cm-1 * K-1 aig 100 ℃), agus tha an coileanadh sgaoileadh teas bochd;
✔ Air sgàth cho dona ‘s a tha an seoltachd, chan eil bun-stuthan sapphire freagarrach airson an amalachadh agus an cur an sàs le innealan leth-chonnsachaidh eile.
Ged a tha dùmhlachd locht sreathan epitaxial GaN a tha air fàs air fo-stratan sapphire àrd, chan eil coltas gu bheil e a’ lughdachadh coileanadh optoelectronic LEDs gorm-uaine stèidhichte air GaN gu mòr, agus mar sin tha fo-stratan sapphire fhathast nan fo-stratan a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson LEDs stèidhichte air GaN.
Le leasachadh barrachd thagraidhean ùra de dh’ innealan GaN leithid leusairean no innealan cumhachd àrd-dùmhlachd eile, tha na lochdan nàdarra a tha aig fo-stratan sapphire air a bhith na chuingealachadh air an cleachdadh. A bharrachd air an sin, le leasachadh teicneòlas fàis fo-strat SiC, lùghdachadh chosgaisean agus inbheachd teicneòlas epitaxial GaN air fo-stratan Si, tha barrachd rannsachaidh air fàs sreathan epitaxial GaN air fo-stratan sapphire air gluasad fuarachaidh a nochdadh mean air mhean.
Epitaxy GaN air SiC
An coimeas ri sapphire, tha mì-cho-fhreagarrachd nas lugha aig fo-stratan SiC (criostalan 4H agus 6H) le sreathan epitaxial GaN (3.1%, co-ionann ri filmichean epitaxial stiùirichte [0001], seoltachd teirmeach nas àirde (mu 3.8W * cm-1 * K-1), msaa. A bharrachd air an sin, leigidh seoltachd fo-stratan SiC le ceanglaichean dealain a bhith air an dèanamh air cùl an t-substrate, a chuidicheas le bhith a’ sìmpleachadh structar an inneil. Tha na buannachdan sin air barrachd is barrachd luchd-rannsachaidh a thàladh gu bhith ag obair air epitaxy GaN air fo-stratan silicon carbide.
Ach, tha grunn eas-bhuannachdan ann cuideachd nuair a thathar ag obair gu dìreach air fo-stratan SiC gus casg a chur air fàs epilayers GaN, nam measg:
✔ Tha garbh-chruth uachdar fo-stratan SiC mòran nas àirde na garbh-chruth uachdar fo-stratan sapphire (garbh-chruth sapphire 0.1nm RMS, garbh-chruth SiC 1nm RMS), tha cruas àrd agus coileanadh giollachd bochd aig fo-stratan SiC, agus tha an garbh-chruth seo agus milleadh snasail a tha air fhàgail cuideachd mar aon de na stòran lochdan ann an epilayers GaN.
✔ Tha dùmhlachd dì-ghluasad sgriubha fo-stratan SiC àrd (dùmhlachd dì-ghluasad 103-104cm-2), faodaidh dì-ghluasadan sgriubha sgaoileadh chun epi-layer GaN agus coileanadh an inneil a lughdachadh;
✔ Bidh an rèiteachadh atamach air uachdar an t-substrate ag adhbhrachadh cruthachadh lochtan cruachaidh (BSFn) anns an epi-fhilleadh GaN. Airson GaN epitaxial air fo-stratan SiC, tha iomadh òrdugh rèiteachadh atamach a dh’ fhaodadh a bhith ann air an t-substrate, agus mar thoradh air sin bidh òrdugh cruachaidh atamach tùsail neo-chunbhalach den fhilleadh GaN epitaxial air, a tha buailteach do lochtan cruachaidh. Bidh lochtan cruachaidh (SFn) a’ toirt a-steach raointean dealain togte air feadh an c-axis, agus mar thoradh air sin bidh duilgheadasan ann leithid aodion innealan dealachaidh giùlan in-plèana;
✔ Tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach fo-strat SiC nas lugha na co-èifeachd leudachaidh AlN agus GaN, agus mar thoradh air sin bidh cuideam teirmeach a’ cruinneachadh eadar an sreath epitaxial agus an fo-strat rè a’ phròiseas fuarachaidh. Rinn Waltereit agus Brand ro-innse, stèidhichte air na toraidhean rannsachaidh aca, gum faodadh an duilgheadas seo a bhith air a lughdachadh no air fhuasgladh le bhith a’ fàs sreathan epitaxial GaN air sreathan niùclasach AlN tana, le cuideam co-leanailteach;
✔ Duilgheadas droch fhliuchas ataman Ga. Nuair a bhios sreathan epitaxial GaN a’ fàs gu dìreach air uachdar SiC, air sgàth an droch fhliuchas eadar an dà dadam, tha GaN buailteach do fhàs eilean 3D air uachdar an t-substrate. Is e sreath bufair a thoirt a-steach an fhuasgladh as cumanta gus càileachd stuthan epitaxial ann an epitaxy GaN a leasachadh. Faodaidh sreath bufair AlN no AlxGa1-xN fliuchas uachdar SiC a leasachadh gu h-èifeachdach agus toirt air sreath epitaxial GaN fàs ann an dà thomhas. A bharrachd air an sin, faodaidh e cuideachd cuideam a riaghladh agus casg a chuir air lochdan an t-substrate bho bhith a’ leudachadh gu epitaxy GaN;
✔ Tha teicneòlas ullachaidh fo-stratan SiC neo-aibidh, tha cosgais an t-substrate àrd, agus chan eil mòran sholaraichean ann agus glè bheag de sholarachadh.
Tha rannsachadh Torres et al. a’ sealltainn gum faod gràbhaladh an t-substrate SiC le H2 aig teòthachd àrd (1600°C) mus tèid an epitaxy a dhèanamh structar ceum nas òrdaichte a thoirt gu buil air uachdar an t-substrate, agus mar sin film epitaxial AlN de chàileachd nas àirde fhaighinn na nuair a thèid fhàs gu dìreach air uachdar tùsail an t-substrate. Tha rannsachadh Xie agus an sgioba aige cuideachd a’ sealltainn gum faod ro-làimhseachadh gràbhaladh an t-substrate silicon carbide leasachadh mòr a thoirt air morf-eòlas uachdar agus càileachd criostail sreath epitaxial GaN. Lorg Smith et al. gu bheil dì-ghluasadan snàthainn a tha a’ tighinn bhon t-sreath substrate/bufair agus eadar-aghaidhean sreath bufair/sreath epitaxial co-cheangailte ri rèidhlean an t-substrate [5].
Figear 4 Morf-eòlas TEM de shampaill sreath epitaxial GaN air am fàs air fo-strat 6H-SiC (0001) fo dhiofar chumhachan làimhseachaidh uachdar (a) glanadh ceimigeach; (b) glanadh ceimigeach + làimhseachadh plasma haidridein; (c) glanadh ceimigeach + làimhseachadh plasma haidridein + làimhseachadh teas haidridein 1300℃ airson 30min
Epitaxis GaN air Si
An coimeas ri silicon carbide, sapphire agus bun-stuthan eile, tha am pròiseas ullachaidh bun-stuthan silicon aibidh, agus faodaidh e bun-stuthan mòra aibidh a thoirt seachad gu seasmhach le coileanadh cosgais àrd. Aig an aon àm, tha an giùlan teirmeach agus an giùlan dealain math, agus tha am pròiseas innealan dealanach Si aibidh. Tha an comas innealan GaN optoelectronic a thoirt còmhla gu foirfe le innealan dealanach Si san àm ri teachd cuideachd a’ dèanamh fàs epitaxy GaN air silicon gu math tarraingeach.
Ach, air sgàth an eadar-dhealachaidh mhòir ann an cunbhalachdan an laitís eadar fo-strat Si agus stuth GaN, tha epitaxis neo-aonghnèitheach GaN air fo-strat Si na epitaxis mì-cho-fhreagarrachd mòr àbhaisteach, agus feumaidh e cuideachd sreath de dhuilgheadasan a choinneachadh:
✔ Duilgheadas lùtha eadar-aghaidh uachdar. Nuair a dh’fhàsas GaN air fo-strat Si, thèid uachdar an fho-strat Si a nitrideadh an toiseach gus sreath nitride silicon neo-chruthach a chruthachadh nach eil freagarrach airson niùclasachadh agus fàs GaN àrd-dùmhlachd. A bharrachd air an sin, cuiridh uachdar Si fios air Ga an toiseach, a chreimeas uachdar an fho-strat Si. Aig teòthachd àrd, sgaoilidh lobhadh uachdar Si a-steach don t-sreath epitaxial GaN gus spotan silicon dubha a chruthachadh.
✔ Tha an neo-cho-fhreagarrachd cunbhalach cliathaich eadar GaN agus Si mòr (~ 17%), a dh’ adhbhraicheas cruthachadh dì-shuidheachadh snàthaidh àrd-dùmhlachd agus a lughdaicheas càileachd an t-sreath epitaxial gu mòr;
✔ An coimeas ri Si, tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach nas motha aig GaN (tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach GaN mu 5.6 × 10-6K-1, tha co-èifeachd leudachaidh teirmeach Si mu 2.6 × 10-6K-1), agus faodaidh sgàinidhean tachairt anns an t-sreath epitaxial GaN nuair a bhios an teòthachd epitaxial a’ fuarachadh gu teòthachd an t-seòmair;
✔ Bidh Si ag ath-fhreagairt le NH3 aig teòthachd àrd gus SiNx ioma-chriostalach a chruthachadh. Chan urrainn dha AlN niùclas le stiùireadh roghnach a chruthachadh air SiNx ioma-chriostalach, a tha ag adhbhrachadh mì-rian anns an t-sreath GaN a tha a’ fàs às dèidh sin agus àireamh mhòr de lochdan, agus mar thoradh air sin bidh càileachd criostail bochd anns an t-sreath epitaxial GaN, agus eadhon duilgheadas ann a bhith a’ cruthachadh sreath epitaxial GaN aon-chriostalach [6].
Gus fuasgladh fhaighinn air duilgheadas mì-cho-fhreagarrachd mòr an laitís, tha luchd-rannsachaidh air feuchainn ri stuthan leithid AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, agus SiC a thoirt a-steach mar shreathan bufair air fo-stratan Si. Gus casg a chuir air cruthachadh SiNx ioma-chriostalach agus gus na droch bhuaidhean aige air càileachd criostail stuthan GaN/AlN/Si (111) a lughdachadh, mar as trice feumar TMAl a thoirt a-steach airson ùine shònraichte mus fàs an t-sreath bufair AlN gu epitaxial gus casg a chuir air NH3 bho bhith ag ath-bhualadh leis an uachdar Si fosgailte gus SiNx a chruthachadh. A bharrachd air an sin, faodar teicneòlasan epitaxial leithid teicneòlas fo-strat pàtranach a chleachdadh gus càileachd an t-sreath epitaxial a leasachadh. Bidh leasachadh nan teicneòlasan sin a’ cuideachadh le bhith a’ cur casg air cruthachadh SiNx aig an eadar-aghaidh epitaxial, a’ brosnachadh fàs dà-thaobhach an t-sreath epitaxial GaN, agus a’ leasachadh càileachd fàis an t-sreath epitaxial. A bharrachd air an sin, thèid sreath bufair AlN a thoirt a-steach gus dìoladh a dhèanamh airson an cuideam tensile air adhbhrachadh leis an eadar-dhealachadh ann an co-èifeachdan leudachaidh teirmeach gus casg a chuir air sgàinidhean anns an t-sreath epitaxial GaN air an t-substrate silicon. Tha rannsachadh Krost a’ sealltainn gu bheil ceangal deimhinneach eadar tiughas sreath bufair AlN agus an lùghdachadh ann an deformachadh. Nuair a ruigeas tiughas sreath bufair 12nm, faodar sreath epitaxial nas tiugh na 6μm fhàs air fo-strat silicon tro sgeama fàis iomchaidh gun sgàineadh sreath epitaxial.
Às dèidh oidhirpean fad-ùine le luchd-rannsachaidh, chaidh càileachd sreathan epitaxial GaN a chaidh fhàs air fo-stratan silicon a leasachadh gu mòr, agus tha innealan leithid transistors buaidh achaidh, lorgairean ultraviolet bacadh Schottky, LEDs gorm-uaine agus lasers ultraviolet air adhartas mòr a dhèanamh.
Ann an geàrr-chunntas, leis gu bheil na fo-stratan epitaxial GaN a thathas a’ cleachdadh gu cumanta uile nan epitaxy neo-aonghnèitheach, tha iad uile a’ fulang le duilgheadasan cumanta leithid mì-cho-fhreagarrachd lattice agus eadar-dhealachaidhean mòra ann an co-èifeachdan leudachaidh teirmeach gu diofar ìrean. Tha fo-stratan GaN epitaxial aonghnèitheach cuibhrichte le inbheachd teicneòlais, agus chan eil na fo-stratan air an dèanamh gu mòr fhathast. Tha a’ chosgais cinneasachaidh àrd, tha meud an t-substrate beag, agus chan eil càileachd an t-substrate air leth freagarrach. Tha leasachadh fo-stratan epitaxial GaN ùra agus leasachadh càileachd epitaxial fhathast mar aon de na factaran cudromach a tha a’ cuingealachadh leasachadh a bharrachd air gnìomhachas epitaxial GaN.
IV. Modhan cumanta airson epitaxy GaN
MOCVD (tasgadh ceò ceimigeach)
Tha e coltach gur e epitaxy aon-ghnèitheach air fo-stratan GaN an roghainn as fheàrr airson epitaxy GaN. Ach, leis gur e trimethylgallium agus ammonia ro-ruithearan tasgadh smùid ceimigeach, agus gur e haidridean an gas giùlain, tha teòthachd fàis àbhaisteach MOCVD timcheall air 1000-1100 ℃, agus tha an ìre fàis aig MOCVD timcheall air beagan mhicro-nan san uair. Faodaidh e eadar-aghaidhean cas a thoirt gu buil aig an ìre atamach, a tha glè fhreagarrach airson heterojunctions, tobraichean cuantamach, superlattices agus structaran eile fhàs. Tha an ìre fàis luath aige, deagh aonfhoirmeachd, agus freagarrachd airson fàs farsaingeachd mhòr agus ioma-phìos gu tric air an cleachdadh ann an cinneasachadh gnìomhachais.
MBE (eipitaxis beam moileciuil)
Ann an epitaxy beam moileciuil, bidh Ga a’ cleachdadh stòr eileamaideach, agus gheibhear naitridean gnìomhach bho naitridean tro phlasma RF. An coimeas ris an dòigh MOCVD, tha teòthachd fàis MBE mu 350-400 ℃ nas ìsle. Faodaidh an teòthachd fàis nas ìsle truailleadh sònraichte a sheachnadh a dh’ fhaodadh a bhith air adhbhrachadh le àrainneachdan teòthachd àrd. Bidh an siostam MBE ag obair fo fhalamh fìor àrd, a leigeas leis barrachd dhòighean lorg in situ a thoirt a-steach. Aig an aon àm, chan urrainnear an ìre fàis agus an comas cinneasachaidh aige a choimeas ri MOCVD, agus tha e air a chleachdadh nas motha ann an rannsachadh saidheansail [7].
Figear 5 (a) Sgeama Eiko-MBE (b) Sgeama seòmar prìomh fhreagairt MBE
Modh HVPE (eipitaxis ìre smùid haidrid)
Is e GaCl3 agus NH3 ro-ruithearan an dòigh epitaxy ìre smùide haidrid. Chleachd Detchprohm et al. an dòigh seo gus sreath epitaxial GaN ceudan de mhicroan de thighead fhàs air uachdar fo-strat sapphire. Anns an deuchainn aca, chaidh sreath de ZnO fhàs eadar an fo-strat sapphire agus an sreath epitaxial mar shreath bufair, agus chaidh an sreath epitaxial a thoirt dheth bho uachdar an fho-strat. An coimeas ri MOCVD agus MBE, is e prìomh fheart an dòigh HVPE an ìre fàis àrd aige, a tha freagarrach airson cinneasachadh sreathan tiugh agus stuthan mòra. Ach, nuair a tha tiugh an t-sreath epitaxial nas àirde na 20μm, tha an sreath epitaxial a chaidh a thoirt a-mach leis an dòigh seo buailteach do sgàinidhean.
Thug Akira USUI a-steach teicneòlas fo-strat le pàtran stèidhichte air an dòigh seo. An toiseach, dh’fhàs iad sreath tana epitaxial GaN 1-1.5μm de thighead air fo-strat sapphire a’ cleachdadh dòigh MOCVD. Bha an sreath epitaxial air a dhèanamh suas de shreath bufair GaN 20nm de thighead a chaidh fhàs fo chumhachan teòthachd ìosal agus sreath GaN a chaidh fhàs fo chumhachan teòthachd àrd. An uairsin, aig 430 ℃, chaidh sreath de SiO2 a phlàtadh air uachdar an t-sreath epitaxial, agus chaidh stiallan uinneig a dhèanamh air an fhilm SiO2 le fotolithografaidh. Bha an t-astar eadar na stiallan 7μm agus bha leud a’ mhasg eadar 1μm agus 4μm. Às deidh an leasachaidh seo, fhuair iad sreath epitaxial GaN air fo-strat sapphire 2-òirleach ann an trast-thomhas a bha saor bho sgàinidhean agus cho rèidh ri sgàthan eadhon nuair a dh’ èirich an tighead gu deichean no eadhon ceudan de mhicronan. Chaidh dùmhlachd an locht a lùghdachadh bho 109-1010cm-2 den dòigh HVPE traidiseanta gu timcheall air 6 × 107cm-2. Chomharraich iad cuideachd san deuchainn nuair a bhiodh an ìre fàis nas àirde na 75μm/h, gum biodh uachdar an t-sampall garbh[8].
Figear 6 Sgeama Grafaigeach den t-Substrat
V. Geàrr-chunntas agus Sealladh
Thòisich stuthan GaN a’ nochdadh ann an 2014 nuair a choisinn an LED solais ghorm Duais Nobel ann am Fiosaigs a’ bhliadhna sin, agus chaidh e a-steach do raon a’ phobaill de thagraidhean cosgais luath ann an raon electronics luchd-cleachdaidh. Gu dearbh, tha tagraidhean ann an amplifiers cumhachd agus innealan RF a thathas a’ cleachdadh ann an stèiseanan bunaiteach 5G nach fhaic a’ mhòr-chuid de dhaoine air nochdadh gu sàmhach cuideachd. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, thathar an dùil gun fosgail adhartas innealan cumhachd ìre chàraichean stèidhichte air GaN puingean fàis ùra airson margaidh thagraidhean stuthan GaN.
Gu cinnteach brosnaichidh an t-iarrtas mòr sa mhargaidh leasachadh ghnìomhachasan is theicneòlasan co-cheangailte ri GaN. Le aibidh is leasachadh slabhraidh gnìomhachais co-cheangailte ri GaN, thèid na duilgheadasan a tha mu choinneamh teicneòlas epitaxial GaN an-dràsta a leasachadh no a shàrachadh mu dheireadh. San àm ri teachd, gu cinnteach leasaichidh daoine barrachd theicneòlasan epitaxial ùra agus roghainnean fo-strat nas fheàrr. Mun àm sin, bidh e comasach dha daoine an teicneòlas rannsachaidh taobh a-muigh as freagarraiche agus an fo-strat a thaghadh airson diofar shuidheachaidhean tagraidh a rèir feartan nan suidheachaidhean tagraidh, agus na toraidhean gnàthaichte as farpaiseach a thoirt gu buil.
Àm puist: 28 Ògmhios 2024