1. Nîvconductorên nifşê sêyem
Teknolojiya nîvconductor a nifşê yekem li ser bingeha materyalên nîvconductor ên wekî Si û Ge hate pêşxistin. Ew bingeha materyalê ye ji bo pêşxistina tranzîstoran û teknolojiya çerxên entegre. Materyalên nîvconductor ên nifşê yekem di sedsala 20-an de bingeha pîşesaziya elektronîkî danîn û materyalên bingehîn ên teknolojiya çerxên entegre ne.
Materyalên nîvconductor ên nifşa duyem bi giranî ji galyûm arsenîd, îndyûm fosfîd, galyûm fosfîd, îndyûm arsenîd, alumînyûm arsenîd û pêkhateyên wan ên sêalî pêk tên. Materyalên nîvconductor ên nifşa duyem bingeha pîşesaziya agahiyên optoelektronîk in. Li ser vê bingehê, pîşesaziyên têkildar ên wekî ronahîkirin, dîmenderkirin, lazer û fotovoltaîk hatine pêşxistin. Ew bi berfirehî di teknolojiyên agahiyên hemdem û pîşesaziyên dîmenderkirina optoelektronîk de têne bikar anîn.
Materyalên nûner ên materyalên nîvconductor ên nifşa sêyemîn galyûm nîtrîd û silîkon karbîd in. Ji ber valahiya benda wan a fireh, leza bilind a drifta têrbûna elektronan, întegrasyona germî ya bilind, û hêza qada şikestinê ya bilind, ew materyalên îdeal in ji bo amadekirina cîhazên elektronîkî yên bi dendika hêza bilind, frekansa bilind, û windabûna kêm. Di nav wan de, cîhazên hêzê yên silîkon karbîd xwedî avantajên dendika enerjiya bilind, xerckirina enerjiya kêm, û mezinahiya piçûk in, û xwedî perspektîfên serîlêdanê yên berfireh di wesayîtên enerjiya nû, fotovoltaîk, veguhastina trênê, daneyên mezin, û warên din de ne. Amûrên RF yên galyûm nîtrîd xwedî avantajên frekansa bilind, hêza bilind, bandfirehiya fireh, xerckirina enerjiya kêm û mezinahiya piçûk in, û xwedî perspektîfên serîlêdanê yên berfireh di ragihandina 5G, Înterneta Tiştan, radara leşkerî û warên din de ne. Wekî din, cîhazên hêzê yên li ser bingeha galyûm nîtrîd bi berfirehî di warê voltaja nizm de hatine bikar anîn. Wekî din, di salên dawî de, tê payîn ku materyalên oksîda galyûmê yên nû derdikevin bi teknolojiyên SiC û GaN yên heyî re temamkeriyek teknîkî çêbikin, û xwedî perspektîfên serîlêdanê yên potansiyel di warên frekansa nizm û voltaja bilind de ne.
Li gorî materyalên nîvconductor ên nifşa duyem, materyalên nîvconductor ên nifşa sêyem xwedî firehiya valahiya bendê ya firehtir in (firehiya valahiya bendê ya Si, materyalek tîpîk a materyalê nîvconductor ê nifşa yekem, nêzîkî 1.1eV ye, firehiya valahiya bendê ya GaAs, materyalek tîpîk a materyalê nîvconductor ê nifşa duyem, nêzîkî 1.42eV ye, û firehiya valahiya bendê ya GaN, materyalek tîpîk a materyalê nîvconductor ê nifşa sêyem, ji 2.3eV jortir e), berxwedana tîrêjê xurttir, berxwedana xurttir a li hember şikestina qada elektrîkê, û berxwedana germahiyê ya bilindtir. Materyalên nîvconductor ên nifşa sêyem bi firehiya valahiya bendê ya firehtir bi taybetî ji bo hilberîna cîhazên elektronîkî yên berxwedêr ên tîrêjê, frekanseke bilind, hêzeke bilind û densiteya entegrasyonê ya bilind guncan in. Bikaranîna wan di cîhazên frekanseke radyoya mîkropêlê, LED, lazer, cîhazên hêzê û warên din de gelek bala xwe kişandiye ser xwe, û wan perspektîfên pêşkeftina berfireh di ragihandina mobîl, torên jîr, veguhastina trênê, wesayîtên enerjiya nû, elektronîkên xerîdar, û cîhazên ronahiya ultraviyole û şîn-kesk de nîşan dane [1].
Çavkaniya wêneyê: CASA, Enstîtuya Lêkolînên Ewlekariyên Zheshang
Wêne 1 Pîvana demê û pêşbîniya cîhaza hêza GaN
Pêkhateya materyalê GaN II û taybetmendiyên wê
GaN nîvconductorek rasterast a valahiya bendê ye. Firehiya valahiya bendê ya avahiya wurtzîtê di germahiya odeyê de nêzîkî 3.26eV ye. Materyalên GaN sê avahiyên krîstal ên sereke hene, ango avahiya wurtzîtê, avahiya sfalerîtê û avahiya xwêya kevir. Di nav wan de, avahiya wurtzîtê avahiya krîstal a herî aram e. Wêne 2 dîyagrama avahiya wurtzîtê ya şeşalî ya GaN ye. Avahiya wurtzîtê ya materyalê GaN aîdî avahiyek şeşalî ya nêzîk-pakkirî ye. Her şaneya yekîneyê 12 atom hene, di nav de 6 atomên N û 6 atomên Ga. Her atoma Ga (N) bi 4 atomên N (Ga) yên herî nêzîk re girêdanek çêdike û bi rêza ABABAB… li ser rêça [0001] [2] hatiye rêzkirin.
Wêne 2 Diyagrama şaneya krîstal a GaN ya avahiya Wurtzite
III Substratên ku bi gelemperî ji bo epîtaksiya GaN têne bikar anîn
Wisa xuya dike ku epîtaksîya homojen li ser substratên GaN hilbijartina çêtirîn e ji bo epîtaksîya GaN. Lêbelê, ji ber enerjiya girêdana mezin a GaN, dema ku germahî digihîje xala helandinê ya 2500℃, zexta hilweşîna wê ya têkildar bi qasî 4.5GPa ye. Dema ku zexta hilweşînê ji vê zextê kêmtir be, GaN nahele lê rasterast hildiweşe. Ev yek teknolojiyên amadekirina substratê yên gihîştî yên wekî rêbaza Czochralski ji bo amadekirina substratên krîstala yekane ya GaN ne guncaw dike, û hilberîna girseyî ya substratên GaN dijwar û biha dike. Ji ber vê yekê, substratên ku bi gelemperî di mezinbûna epîtaksîyal a GaN de têne bikar anîn bi piranî Si, SiC, safîr, û hwd. ne [3].
Nexşeya 3 GaN û parametreyên materyalên substratê yên ku bi gelemperî têne bikar anîn
Epîtaksî ya GaN li ser safîrê
Safîr xwedî taybetmendiyên kîmyewî yên sabît e, erzan e, û xwedî gihîştineke bilind a pîşesaziya hilberîna di pîvana mezin de ye. Ji ber vê yekê, ew bûye yek ji materyalên substratê yên herî zû û herî berbelav di endezyariya cîhazên nîvconductor de. Wekî yek ji substratên ku bi gelemperî ji bo epîtaksiya GaN têne bikar anîn, pirsgirêkên sereke yên ku ji bo substratên safîr hewce ne ku werin çareser kirin ev in:
✔ Ji ber nelihevhatina mezin a torê di navbera safîr (Al2O3) û GaN de (nêzîkî 15%), dendika kêmasiyan li ser rûyê erdê di navbera qata epîtaksîyal û substratê de pir zêde ye. Ji bo kêmkirina bandorên wê yên neyînî, divê substrat berî destpêkirina pêvajoya epîtaksîyal ji pêş-dermankirinek tevlihev re derbas bibe. Berî ku epîtaksîya GaN li ser substratên safîr were çandin, divê rûyê substratê pêşî bi hişkî were paqij kirin da ku gemarî, zirara cilkirinê ya mayî, û hwd. werin rakirin, û gav û avahiyên rûyê gavê werin çêkirin. Dûv re, rûyê substratê tê nîtrîd kirin da ku taybetmendiyên şilbûnê yên qata epîtaksîyal biguhezîne. Di dawiyê de, pêdivî ye ku qatek tamponê ya AlN ya zirav (bi gelemperî 10-100nm stûr) li ser rûyê substratê were danîn û di germahiya nizm de were germ kirin da ku ji bo mezinbûna dawîn a epîtaksîyal were amadekirin. Tevî vê yekê jî, dendika dislokasyonê di fîlmên epitaksiyal ên GaN de ku li ser substratên safîrê mezin dibin, hîn jî ji ya fîlmên homoepitaksiyal bilindtir e (nêzîkî 1010cm-2, li gorî dendika dislokasyonê ya bi eslê xwe sifir di fîlmên homoepitaksiyal ên silîkonê an fîlmên homoepitaksiyal ên gallium arsenide de, an jî di navbera 102 û 104cm-2 de). Dendika kêmasiyên bilindtir tevgera hilgir kêm dike, bi vî rengî temenê hilgirên kêmjimar kurt dike û guhêrbariya germî kêm dike, ku ev hemû dê performansa cîhazê kêm bike [4];
✔ Koefîsyenta berfirehbûna germî ya safîrê ji ya GaN mezintir e, ji ber vê yekê di dema pêvajoya sarbûnê de ji germahiya danînê heta germahiya odeyê, di qata epîtaksîyal de stresa pêçandinê ya dualî çêdibe. Ji bo fîlmên epîtaksîyal ên stûrtir, ev stres dikare bibe sedema şikestina fîlmê an jî substratê;
✔ Li gorî substratên din, germahiya substratên safîr kêmtir e (nêzîkî 0.25W*cm-1*K-1 li 100℃), û performansa belavkirina germê jî nebaş e;
✔ Ji ber nebûna rêhesinê, substratên safîr ji bo entegrasyon û sepandina wan bi cîhazên nîvconductor ên din re ne guncaw in.
Her çend dendika kêmasiyên tebeqeyên epitaksiyal ên GaN-ê yên ku li ser substratên safîrê hatine çandin zêde be jî, xuya nake ku ew performansa optoelektronîkî ya LED-ên şîn-kesk ên li ser bingeha GaN-ê bi girîngî kêm bike, ji ber vê yekê substratên safîrê hîn jî substratên ku bi gelemperî ji bo LED-ên li ser bingeha GaN-ê têne bikar anîn in.
Bi pêşketina sepanên nû yên cîhazên GaN yên wekî lazer an cîhazên din ên hêza densiteya bilind re, kêmasiyên xwerû yên substratên safîrê her ku diçe dibin sînordariyek li ser sepandina wan. Wekî din, bi pêşketina teknolojiya mezinbûna substrata SiC, kêmkirina lêçûn û gihîştina teknolojiya epitaksiyal a GaN li ser substratên Si, lêkolînên bêtir li ser mezinbûna tebeqeyên epitaksiyal ên GaN li ser substratên safîrê hêdî hêdî meyleke sarbûnê nîşan dane.
Epîtaksî ya GaN li ser SiC
Li gorî safîrê, substratên SiC (krîstalên 4H- û 6H-) nelihevhatineke latîsê ya piçûktir bi qatên epîtaksîyal ên GaN re heye (3.1%, wekhevî fîlmên epîtaksîyal ên bi [0001] hatine arastekirin), rêjeyeke germî ya bilindtir (nêzîkî 3.8W*cm-1*K-1), û hwd. Wekî din, rêjeya germî ya substratên SiC dihêle ku têkiliyên elektrîkê li pişta substratê jî werin çêkirin, ku ev yek dibe alîkar ku avahiya cîhazê hêsan bike. Hebûna van avantajan bêtir û bêtir lêkolîneran kişandiye ku li ser epîtaksîyona GaN li ser substratên karbîda silîkonê bixebitin.
Lêbelê, xebitandina rasterast li ser substratên SiC ji bo dûrketina ji mezinbûna epîqatên GaN bi rêzek dezavantajên din re jî rû bi rû ye, di nav wan de yên jêrîn jî hene:
✔ Hişkbûna rûyê substratên SiC ji ya substratên safîr pir zêdetir e (hişkbûna safîr 0.1nm RMS, hişkbûna SiC 1nm RMS), substratên SiC xwedî hişkbûnek bilind û performansa pêvajoyê ya nebaş in, û ev hişkbûn û zirara cilkirinê ya mayî jî yek ji çavkaniyên kêmasiyên di epîlayerên GaN de ne.
✔ Tîrbûna dislokasyona pêçan a substratên SiC zêde ye (tîrbûna dislokasyonê 103-104cm-2), dislokasyonên pêçan dikarin ber bi epîlaya GaN ve belav bibin û performansa cîhazê kêm bikin;
✔ Rêzkirina atomî li ser rûyê substratê dibe sedema çêbûna xeletiyên komkirinê (BSF) di qata epîtaksîyal a GaN de. Ji bo GaN epîtaksîyal li ser substratên SiC, gelek rêzikên rêzkirina atomî yên gengaz li ser substratê hene, ku di encamê de rêza komkirina atomî ya destpêkê ya nelihevhatî ya qata GaN epîtaksîyal li ser wê çêdibe, ku meyla xeletiyên komkirinê heye. Xeletiyên komkirinê (SF) zeviyên elektrîkê yên çêkirî li ser eksena c-yê çêdikin, ku dibe sedema pirsgirêkên wekî rijandina cîhazên veqetandina hilgirên di nav balafirê de;
✔ Koefîsyenta berfirehbûna germî ya substrata SiC ji ya AlN û GaN piçûktir e, ku di dema pêvajoya sarbûnê de dibe sedema kombûna stresa germî di navbera qata epîtaksîyal û substratê de. Waltereit û Brand li gorî encamên lêkolînên xwe pêşbînî kirin ku ev pirsgirêk dikare bi mezinbûna qatên epîtaksîyal ên GaN li ser qatên navokî yên AlN yên zirav û bi hevgirtî ve were sivikkirin an çareser kirin;
✔ Pirsgirêka şilbûna nebaş a atomên Ga. Dema ku qatên epîtaksîyal ên GaN rasterast li ser rûyê SiC têne mezin kirin, ji ber şilbûna nebaş a di navbera her du atoman de, GaN meyldarê mezinbûna girava 3D li ser rûyê substratê ye. Danasîna qatek tampon çareseriya herî gelemperî ye ku ji bo baştirkirina kalîteya materyalên epîtaksîyal di epîtaksîyal a GaN de tê bikar anîn. Danasîna qatek tampon a AlN an AlxGa1-xN dikare bi bandor şilbûna rûyê SiC baştir bike û bibe sedema ku qata epîtaksîyal a GaN di du aliyan de mezin bibe. Wekî din, ew dikare stresê jî rêk bixe û pêşî li kêmasiyên substratê bigire ku dirêjî epîtaksîyal a GaN bibin;
✔ Teknolojiya amadekirina substratên SiC negihîştî ye, lêçûna substratê zêde ye, û dabînker û dabînkirina kêm hene.
Lêkolîna Torres û hevkarên wî nîşan didin ku gravkirina substrata SiC bi H2 di germahiya bilind de (1600°C) berî epîtaksîyê dikare li ser rûyê substratê avahiyek gav bi rêkûpêktir çêbike, bi vî rengî fîlmek epîtaksîyal a AlN-ê ya bi kalîtetir ji dema ku ew rasterast li ser rûyê substrata orîjînal tê çandin bi dest dixe. Lêkolîna Xie û tîmê wî her wiha nîşan dide ku pêş-dermankirina gravkirina substrata karbîda silîkonê dikare morfolojiya rûyê û kalîteya krîstala qata epîtaksîyal a GaN-ê bi girîngî baştir bike. Smith û hevkarên wî dîtin ku dislokasyonên têlkirinê yên ku ji rûberên substrat/qata tampon û qata tampon/qata epîtaksîyal derdikevin bi rûtbûna substratê ve girêdayî ne [5].
Wêne 4 Morfolojiya TEM ya nimûneyên qata epitaksiyal a GaN ku li ser substrata 6H-SiC (0001) di bin şert û mercên dermankirina rûberî yên cûda de hatine çandin (a) paqijkirina kîmyewî; (b) paqijkirina kîmyewî + dermankirina plazmaya hîdrojenê; (c) paqijkirina kîmyewî + dermankirina plazmaya hîdrojenê + dermankirina germê ya hîdrojenê ya 1300℃ ji bo 30 hûrdeman
Epîtaksî ya GaN li ser Si
Li gorî silicon carbide, safîr û substratên din, pêvajoya amadekirina substrata silicon gihîştiye, û ew dikare bi awayekî domdar substratên mezin ên gihîştî bi performansa lêçûnek bilind peyda bike. Di heman demê de, guhêrbariya germî û guhêrbariya elektrîkê baş in, û pêvajoya cîhaza elektronîkî ya Si gihîştiye. Îhtîmala entegrekirina bêkêmasî ya cîhazên GaN optoelektronîk bi cîhazên elektronîkî yên Si re di pêşerojê de jî mezinbûna epitaksiya GaN li ser silicon pir balkêş dike.
Lêbelê, ji ber cûdahiya mezin a di navbera sabîtên tora krîstalê de di navbera substrata Si û materyalê GaN de, epitaksiya heterojen a GaN li ser substrata Si epitaksiyek tîpîk a nelihevhatinek mezin e, û ew jî hewce dike ku bi rêzek pirsgirêkan re rû bi rû bimîne:
✔ Pirsgirêka enerjiya rûbera rûyê. Dema ku GaN li ser substratek Si mezin dibe, rûyê substrata Si pêşî dê were nîtrîdkirin da ku çînek nîtrîda silîkonê ya amorf çêbike ku ji bo çêbûn û mezinbûna GaN-a bi dendika bilind ne guncaw e. Wekî din, rûyê Si pêşî dê bi Ga re têkilî dayne, ku dê rûyê substrata Si korozyon bike. Di germahiyên bilind de, hilweşîna rûyê Si dê di nav çîna epitaksiyal a GaN de belav bibe û xalên silîkonê yên reş çêbike.
✔ Nelihevhatina sabita tora elektrîkê ya di navbera GaN û Si de mezin e (~%17), ku dê bibe sedema çêbûna dislokasyonên têlên bi densiteya bilind û bi girîngî kalîteya qata epitaksiyal kêm bike;
✔ Li gorî Si, GaN xwedî katsayiyeke berfirehbûna germî ya mezintir e (katsayiya berfirehbûna germî ya GaN nêzîkî 5.6×10-6K-1 e, katsayiya berfirehbûna germî ya Si nêzîkî 2.6×10-6K-1 e), û di dema sarbûna germahiya epitaksiyal de bo germahiya odeyê dibe ku di qata epitaksiyal a GaN de şikestin çêbibin;
✔ Si di germahiyên bilind de bi NH3 re reaksiyon dike û SiNx-a polîkrîstalîn çêdike. AlN nikare li ser SiNx-a polîkrîstalîn navokek bi awayekî tercîhî ava bike, ku ev yek dibe sedema rêwerzek nebaş a qata GaN-ê ya paşê mezin dibe û hejmareke mezin ji kêmasiyan, ku dibe sedema kalîteya krîstala nebaş a qata epîtaksîyal a GaN, û heta zehmetiya avakirina qatek epîtaksîyal a GaN-a yek-krîstalî [6].
Ji bo çareserkirina pirsgirêka nelihevhatina mezin a torê, lêkolîneran hewl dane ku materyalên wekî AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, û SiC wekî tebeqeyên tamponê li ser substratên Si bidin nasîn. Ji bo ku ji çêbûna SiNx-a polîkrîstalîn dûr bikevin û bandorên wê yên neyînî li ser kalîteya krîstalê ya materyalên GaN/AlN/Si (111) kêm bikin, bi gelemperî pêdivî ye ku TMAl ji bo demek diyarkirî berî mezinbûna epîtaksîyal a tebeqeya tamponê ya AlN were danasîn da ku pêşî li reaksiyona NH3 bi rûyê Si-yê yê eşkere re bigire da ku SiNx çêbike. Wekî din, teknolojiyên epîtaksîyal ên wekî teknolojiya substrata bi şêwe dikarin werin bikar anîn da ku kalîteya tebeqeya epîtaksîyal baştir bikin. Pêşxistina van teknolojiyan dibe alîkar ku çêbûna SiNx li navrûya epîtaksîyal were asteng kirin, mezinbûna du-alî ya tebeqeya epîtaksîyal a GaN were pêşve xistin, û kalîteya mezinbûna tebeqeya epîtaksîyal were baştir kirin. Wekî din, tebeqeyek tamponê ya AlN tê danasîn da ku ji bo telafîkirina stresa kişandinê ya ji ber cûdahiya di katsayiyên berfirehbûna germî de çêdibe da ku ji şikestinên di tebeqeya epîtaksîyal a GaN-ê de li ser substrata silîkonê dûr bikevin. Lêkolîna Krost nîşan dide ku di navbera qalindahiya qata tamponê ya AlN û kêmkirina zorê de korelasyonek erênî heye. Dema ku qalindahiya qata tamponê bigihîje 12nm, qatek epîtaksîyal a ji 6μm stûrtir dikare li ser substratek silîkonê bi rêya nexşeyek mezinbûnê ya guncaw bêyî şikestina qata epîtaksîyal were mezin kirin.
Piştî hewldanên demdirêj ên lêkolîneran, kalîteya tebeqeyên epitaksiyal ên GaN-ê yên ku li ser substratên silîkonê mezin dibin bi girîngî baştir bûye, û cîhazên wekî tranzîstorên bandora zeviyê, detektorên ultraviyole yên astengiya Schottky, LED-ên şîn-kesk û lazerên ultraviyole pêşkeftinek girîng bi dest xistine.
Bi kurtasî, ji ber ku substratên epîtaksîyal ên GaN-ê yên ku bi gelemperî têne bikar anîn hemî epîtaksîyalên heterojen in, ew hemî bi pirsgirêkên hevpar re rû bi rû dimînin wekî nelihevhatina torê û cûdahiyên mezin di katsayiyên berfirehbûna germî de heya astên cûda. Substratên GaN-ê yên epîtaksîyal ên homojen ji hêla gihîştina teknolojiyê ve sînordar in, û substrat hîn bi girseyî nehatine hilberandin. Mesrefa hilberînê zêde ye, mezinahiya substratê piçûk e, û kalîteya substratê ne îdeal e. Pêşxistina substratên epîtaksîyal ên GaN-ê yên nû û başkirina kalîteya epîtaksîyal hîn jî yek ji faktorên girîng e ku pêşveçûna bêtir a pîşesaziya epîtaksîyal a GaN-ê sînordar dike.
IV. Rêbazên hevpar ji bo epîtaksiya GaN
MOCVD (depoya buhara kîmyewî)
Wisa xuya dike ku epîtaksîya homojen li ser substratên GaN ji bo epîtaksîya GaN bijartina herî baş e. Lêbelê, ji ber ku pêşengên depoya buhara kîmyewî trîmetîlgallyûm û amonyak in, û gaza hilgir hîdrojen e, germahiya mezinbûna tîpîk a MOCVD nêzîkî 1000-1100℃ ye, û rêjeya mezinbûna MOCVD nêzîkî çend mîkron di saetekê de ye. Ew dikare di asta atomî de rûberên bilind çêbike, ku ji bo mezinbûna heterojonksiyonan, bîrên kuantumê, superlatîs û avahiyên din pir guncaw e. Rêjeya mezinbûna wê ya bilez, yekrengiya baş, û guncawbûna wê ji bo mezinbûna qada mezin û pir-parçe pir caran di hilberîna pîşesaziyê de têne bikar anîn.
MBE (epîtaksîya tîrêjê molekulî)
Di epitaksîya tîrêjên molekulî de, Ga çavkaniyek elementî bikar tîne, û nîtrojena çalak ji nîtrojenê bi rêya plazmaya RF tê bidestxistin. Li gorî rêbaza MOCVD, germahiya mezinbûna MBE bi qasî 350-400℃ kêmtir e. Germahiya mezinbûna nizm dikare hin qirêjiyên ku dibe ku ji ber hawîrdorên germahiya bilind çêbibin dûr bixe. Sîstema MBE di bin valahiyek pir bilind de dixebite, ku dihêle ew bêtir rêbazên tespîtkirinê yên di cîh de entegre bike. Di heman demê de, rêjeya mezinbûnê û kapasîteya hilberîna wê nikare bi MOCVD re were berhev kirin, û ew di lêkolînên zanistî de bêtir tê bikar anîn [7].
Figure 5 (a) Şematîka Eiko-MBE (b) şematîka jûreya berteka sereke MBE
Rêbaza HVPE (epîtaksî ya qonaxa buhara hîdrîdê)
Pêşengên rêbaza epitaksîya qonaxa buhara hîdrîdê GaCl3 û NH3 ne. Detchprohm û hevkarên wî ev rêbaz bikar anîn da ku çînek epitaksîyal a GaN bi stûriya sedan mîkron li ser rûyê substratek safîr mezin bikin. Di ceribandina wan de, çînek ZnO di navbera substrata safîr û çîna epitaksîyal de wekî çînek tampon hate mezin kirin, û çîna epitaksîyal ji rûyê substratê hate qelandin. Li gorî MOCVD û MBE, taybetmendiya sereke ya rêbaza HVPE rêjeya mezinbûna wê ya bilind e, ku ji bo hilberîna çînên stûr û materyalên girseyî guncaw e. Lêbelê, dema ku stûriya çîna epitaksîyal ji 20μm derbas bibe, çîna epitaksîyal a ku bi vê rêbazê ve hatî hilberandin meyla şikestinan dike.
Akira USUI teknolojiya substrata bi şêweyekî li ser bingeha vê rêbazê da nasandin. Wan pêşî çîneke epitaksiyal a GaN ya zirav a bi stûriya 1-1.5μm li ser substratek safîr bi karanîna rêbaza MOCVD mezin kir. Çîna epitaksiyal ji çîneke tampon a GaN ya bi stûriya 20nm ku di bin şert û mercên germahiya nizm de mezin bûye û çîneke GaN ya di bin şert û mercên germahiya bilind de mezin bûye pêk dihat. Piştre, di 430℃ de, çîneke SiO2 li ser rûyê çîna epitaksiyal hate danîn, û xêzên pencereyê li ser fîlma SiO2 bi fotolîtografiyê hatin çêkirin. Mesafeya xêzan 7μm bû û firehiya maskeyê ji 1μm heta 4μm diguhere. Piştî vê başbûnê, wan çîneke epitaksiyal a GaN li ser substratek safîr a bi qutra 2 înç bi dest xist ku bê şikestin û bi qasî neynikekê nerm bû, tewra dema ku stûrî gihîşt deh an jî sedan mîkronan. Densiya kêmasiyan ji 109-1010cm-2 ya rêbaza HVPE ya kevneşopî daket nêzîkî 6×107cm-2. Wan di ceribandinê de her wiha destnîşan kir ku dema rêjeya mezinbûnê ji 75μm/h derbas bibe, rûyê nimûneyê dê hişk bibe [8].
Wêne 6 Nexşeya Grafîkî ya Substratê
V. Kurte û Pêşbînî
Materyalên GaN di sala 2014an de dest bi derketinê kirin, dema ku LED-a ronahiya şîn di wê salê de Xelata Nobelê ya Fîzîkê wergirt, û ket qada giştî ya sepanên barkirina bilez di warê elektronîkên xerîdar de. Bi rastî, sepanên di amplîfîkatorên hêzê û cîhazên RF-ê de ku di stasyonên bingehîn ên 5G de têne bikar anîn ku piraniya mirovan nabînin jî bi bêdengî derketine holê. Di salên dawî de, tê payîn ku pêşketina cîhazên hêzê yên pola otomobîlan ên li ser bingeha GaN xalên mezinbûnê yên nû ji bo bazara sepanên materyalên GaN veke.
Daxwaza mezin a bazarê bê guman dê pêşveçûna pîşesazî û teknolojiyên têkildarî GaN pêş bixe. Bi gihîştin û başkirina zincîra pîşesaziyê ya têkildarî GaN, pirsgirêkên ku teknolojiya epitaksiyal a GaN ya heyî pê re rû bi rû dimîne dê di dawiyê de werin baştirkirin an jî werin çareserkirin. Di pêşerojê de, bê guman mirov dê teknolojiyên epitaksiyal ên nû û vebijarkên substratê yên hêjatir pêş bixin. Heta wê demê, mirov dê bikaribin teknolojiya lêkolîna derveyî ya herî guncaw û substratê ji bo senaryoyên serîlêdanê yên cûda li gorî taybetmendiyên senaryoyên serîlêdanê hilbijêrin, û hilberên xwerû yên herî reqabetê hilberînin.
Dema şandinê: 28ê Hezîrana 2024an