1. Үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөр
Биринчи муундагы жарым өткөргүчтөр технологиясы Si жана Ge сыяктуу жарым өткөргүч материалдарынын негизинде иштелип чыккан. Ал транзисторлордун жана интегралдык микросхема технологиясынын өнүгүшүнүн материалдык негизи болуп саналат. Биринчи муундагы жарым өткөргүч материалдар 20-кылымда электрондук өнөр жайынын пайдубалын түптөгөн жана интегралдык микросхема технологиясынын негизги материалдары болуп саналат.
Экинчи муундагы жарым өткөргүч материалдарга негизинен галлий арсениди, индий фосфиди, галлий фосфиди, индий арсениди, алюминий арсениди жана алардын үчилтик кошулмалары кирет. Экинчи муундагы жарым өткөргүч материалдар оптоэлектрондук маалымат өнөр жайынын негизи болуп саналат. Ушул негизде жарыктандыруу, дисплей, лазер жана фотоэлектрика сыяктуу тиешелүү тармактар өнүккөн. Алар заманбап маалымат технологиялары жана оптоэлектрондук дисплей өнөр жайларында кеңири колдонулат.
Үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдардын өкүлдүк материалдарына галлий нитриди жана кремний карбиди кирет. Алардын кең тилкелүү аралыгы, электрондордун жогорку каныккандыгынын дрейф ылдамдыгы, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана жогорку бузулуу талаасынын күчүнө байланыштуу, алар жогорку кубаттуулуктагы тыгыздыктагы, жогорку жыштыктагы жана аз жоготуудагы электрондук түзүлүштөрдү даярдоо үчүн идеалдуу материалдар болуп саналат. Алардын арасында кремний карбидинин электр түзүлүштөрү жогорку энергия тыгыздыгы, аз энергия керектөө жана кичинекей өлчөмдөгү артыкчылыктарга ээ жана жаңы энергиялык унааларда, фотоэлектрикада, темир жол транспортунда, чоң маалыматтарда жана башка тармактарда кеңири колдонуу келечегине ээ. Галлий нитридинин RF түзүлүштөрү жогорку жыштыктагы, жогорку кубаттуулуктагы, кең өткөрүү жөндөмдүүлүгүндөгү, аз энергия керектөө жана кичинекей өлчөмдөгү артыкчылыктарга ээ жана 5G байланышында, Буюмдар интернетинде, аскердик радарда жана башка тармактарда кеңири колдонуу келечегине ээ. Мындан тышкары, галлий нитридине негизделген электр түзүлүштөрү төмөнкү чыңалуу тармагында кеңири колдонулуп келет. Мындан тышкары, акыркы жылдары жаңыдан пайда болуп жаткан галлий кычкылынын материалдары учурдагы SiC жана GaN технологиялары менен техникалык жактан толуктоону түзүп, төмөнкү жыштыктагы жана жогорку чыңалуудагы тармактарда колдонуу келечегине ээ болот деп күтүлүүдө.
Экинчи муундагы жарым өткөргүч материалдар менен салыштырганда, үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдарынын тилке аралыгы кеңирээк (биринчи муундагы жарым өткөргүч материалдын типтүү материалы болгон Siдин тилке аралыгы болжол менен 1,1 эВ, экинчи муундагы жарым өткөргүч материалдын типтүү материалы болгон GaAsтын тилке аралыгы болжол менен 1,42 эВ, ал эми үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдын типтүү материалы болгон GaNдин тилке аралыгы 2,3 эВ жогору), нурланууга туруктуулугу күчтүүрөөк, электр талаасынын бузулушуна туруктуулугу күчтүүрөөк жана температурага туруктуулугу жогору. Тилке аралыгы кеңирирээк болгон үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдар нурланууга туруктуу, жогорку жыштыктагы, жогорку кубаттуулуктагы жана жогорку интеграциялык тыгыздыктагы электрондук түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн өзгөчө ылайыктуу. Алардын микротолкундуу радио жыштыктагы түзүлүштөрдө, светодиоддордо, лазерлерде, электр түзүлүштөрүндө жана башка тармактарда колдонулушу көпчүлүктүн көңүлүн бурду жана мобилдик байланышта, акылдуу тармактарда, темир жол транспортунда, жаңы энергиялык унааларда, керектөөчү электроникада, ошондой эле ультрафиолет жана көк-жашыл жарык түзүлүштөрүндө кеңири өнүгүү келечегин көрсөттү [1].
Сүрөттүн булагы: CASA, Чжешанг баалуу кагаздарды изилдөө институту
1-сүрөт GaN кубаттуулук түзмөгүнүн убакыт шкаласы жана божомолу
II GaN материалынын түзүлүшү жана мүнөздөмөлөрү
GaN – түз тыюу салынган жарым өткөргүч. Бөлмө температурасында вурцит структурасынын тыюу салынган тилкесинин туурасы болжол менен 3,26 эВ түзөт. GaN материалдары үч негизги кристаллдык түзүлүшкө ээ, атап айтканда, вурцит структурасы, сфалерит структурасы жана таш тузунун структурасы. Алардын ичинен вурцит структурасы эң туруктуу кристаллдык түзүлүш болуп саналат. 2-сүрөттө GaN алты бурчтуу вурцит структурасынын диаграммасы көрсөтүлгөн. GaN материалынын вурцит структурасы алты бурчтуу тыгыз оролгон түзүлүшкө кирет. Ар бир бирдик клеткада 12 атом бар, анын ичинде 6 N атому жана 6 Ga атому бар. Ар бир Ga (N) атому эң жакын 4 N (Ga) атому менен байланыш түзөт жана ABABAB тартибинде [0001] багыты боюнча тизилет [2].
2-сүрөт. Вурциттин түзүлүшүнүн GaN кристаллдык клеткасынын диаграммасы.
III GaN эпитаксиясы үчүн кеңири колдонулган субстраттар
GaN субстраттарында бир тектүү эпитаксия GaN эпитаксиясы үчүн эң жакшы тандоо окшойт. Бирок, GaNдин чоң байланыш энергиясынан улам, температура 2500℃ эрүү температурасына жеткенде, ага тиешелүү ажыроо басымы болжол менен 4,5 ГПа түзөт. Ажыроо басымы бул басымдан төмөн болгондо, GaN эрибейт, бирок түз ажыроо процессине өтөт. Бул Чохральский ыкмасы сыяктуу жетилген субстрат даярдоо технологияларын GaN монокристалл субстраттарын даярдоого ылайыксыз кылат, бул GaN субстраттарын массалык түрдө өндүрүүнү кыйындатат жана кымбатка турат. Ошондуктан, GaN эпитаксиалдык өсүшүндө кеңири колдонулган субстраттар негизинен Si, SiC, сапфир ж.б. [3].
3-диаграмма. GaN жана көп колдонулган субстрат материалдарынын параметрлери.
Сапфирдеги GaN эпитаксиясы
Сапфир туруктуу химиялык касиеттерге ээ, арзан жана ири өндүрүш тармагында жогорку деңгээлде жетилген. Ошондуктан, ал жарым өткөргүч түзүлүштөрдү жасоодо эң алгачкы жана эң кеңири колдонулган субстрат материалдарынын бирине айланды. GaN эпитаксиясы үчүн кеңири колдонулган субстраттардын бири катары, сапфир субстраттары үчүн чечилиши керек болгон негизги көйгөйлөр төмөнкүлөр:
✔ Сапфир (Al2O3) жана GaN ортосундагы чоң торчо дал келбестигинен (болжол менен 15%) улам, эпитаксиалдык катмар менен субстраттын ортосундагы чек арадагы кемчилик тыгыздыгы өтө жогору. Анын терс таасирин азайтуу үчүн, эпитаксиалдык процесс башталганга чейин субстрат комплекстүү алдын ала иштетүүдөн өтүшү керек. Сапфир субстраттарында GaN эпитаксиясын өстүрүүдөн мурун, субстраттын бети алгач булгоочу заттарды, жылтыратуудагы калдыктарды ж.б. кетирүү жана тепкичтерди жана тепкич бетинин структураларын түзүү үчүн катуу тазаланышы керек. Андан кийин, эпитаксиалдык катмардын нымдоо касиеттерин өзгөртүү үчүн субстраттын бети нитридделет. Акырында, акыркы эпитаксиалдык өсүүгө даярдоо үчүн субстраттын бетине жука AlN буфердик катмарын (адатта 10-100 нм калыңдыкта) куюп, төмөн температурада күйгүзүү керек. Ошого карабастан, сапфир субстраттарында өстүрүлгөн GaN эпитаксиалдык пленкаларындагы дислокация тыгыздыгы гомеопитаксиалдык пленкаларга караганда дагы эле жогору (болжол менен 1010 см-2, кремний гомеопитаксиалдык пленкаларында же галлий арсенидинин гомеопитаксиалдык пленкаларында дислокация тыгыздыгы дээрлик нөлгө барабар же 102 жана 104 см-2 ортосунда). Жогорку кемчилик тыгыздыгы алып жүрүүчүлөрдүн кыймылдуулугун азайтат, ошону менен азчылык алып жүрүүчүлөрдүн иштөө мөөнөтүн кыскартат жана жылуулук өткөрүмдүүлүгүн төмөндөтөт, мунун баары түзмөктүн иштешин төмөндөтөт [4];
✔ Сапфирдин жылуулук кеңейүү коэффициенти GaNге караганда жогору, ошондуктан чөкмө температурасынан бөлмө температурасына чейин муздатуу процессинде эпитаксиалдык катмарда эки октуу кысуу чыңалуусу пайда болот. Калыңыраак эпитаксиалдык пленкалар үчүн бул чыңалуу пленканын же ал тургай негиздин жарака кетишине алып келиши мүмкүн;
✔ Башка субстраттар менен салыштырганда, сапфир субстраттарынын жылуулук өткөрүмдүүлүгү төмөн (100℃ температурада болжол менен 0,25W*cm-1*K-1) жана жылуулукту таркатуу көрсөткүчү начар;
✔ Өткөргүчтүгү начар болгондуктан, сапфир субстраттары аларды башка жарым өткөргүч түзүлүштөр менен интеграциялоого жана колдонууга ыңгайлуу эмес.
Сапфир субстраттарында өстүрүлгөн GaN эпитаксиалдык катмарларынын кемчилик тыгыздыгы жогору болгону менен, ал GaN негизиндеги көк-жашыл светодиоддордун оптоэлектрондук иштешин олуттуу түрдө төмөндөтпөйт окшойт, ошондуктан сапфир субстраттары дагы эле GaN негизиндеги светодиоддор үчүн кеңири колдонулган субстраттар болуп саналат.
Лазерлер же башка жогорку тыгыздыктагы кубаттуулуктагы түзүлүштөр сыяктуу GaN түзүлүштөрүнүн жаңы колдонмолорунун өнүгүшү менен, сапфир субстраттарынын кемчиликтери аларды колдонууда барган сайын чектөө болуп баратат. Мындан тышкары, SiC субстратын өстүрүү технологиясынын өнүгүшү, чыгымдардын азайышы жана Si субстраттарында GaN эпитаксиалдык технологиясынын жетилиши менен, сапфир субстраттарында GaN эпитаксиалдык катмарларын өстүрүү боюнча көбүрөөк изилдөөлөр акырындык менен муздоо тенденциясын көрсөттү.
SiCдеги GaN эпитаксиясы
Сапфир менен салыштырганда, SiC субстраттарынын (4H- жана 6H-кристалдары) GaN эпитаксиалдык катмарлары менен торчосунун дал келбестиги кичирээк (3,1%, [0001] багытталган эпитаксиалдык пленкаларга барабар), жылуулук өткөрүмдүүлүгү жогору (болжол менен 3,8W*cm-1*K-1) ж.б. Мындан тышкары, SiC субстраттарынын өткөрүмдүүлүгү субстраттын арткы бетинде электрдик байланыштарды түзүүгө мүмкүндүк берет, бул түзмөктүн түзүлүшүн жөнөкөйлөтүүгө жардам берет. Бул артыкчылыктардын болушу кремний карбиддик субстраттарында GaN эпитаксиясы боюнча иштөөгө барган сайын көбүрөөк изилдөөчүлөрдү тартты.
Бирок, GaN эпителий катмарларын өстүрбөө үчүн түздөн-түз SiC субстраттарында иштөө бир катар кемчиликтерге туш болот, анын ичинде төмөнкүлөр:
✔ SiC субстраттарынын бетинин оройлугу сапфир субстраттарына караганда бир топ жогору (сапфир оройлугу 0.1 нм RMS, SiC оройлугу 1 нм RMS), SiC субстраттары жогорку катуулукка жана начар иштетүү көрсөткүчтөрүнө ээ, жана бул оройлук жана калдык жылтыратуу бузулуулары да GaN эпиляторлорунун кемчиликтеринин булактарынын бири болуп саналат.
✔ SiC субстраттарынын винттик дислокация тыгыздыгы жогору (дислокация тыгыздыгы 103-104 см-2), винттик дислокациялар GaN эпиляторуна жайылып, түзмөктүн иштешин төмөндөтүшү мүмкүн;
✔ Субстраттын бетиндеги атомдук жайгашуу GaN эпитаксиалдык катмарында үймөк жаракаларынын (BSF) пайда болушуна алып келет. SiC субстраттарындагы эпитаксиалдык GaN үчүн, субстратта бир нече мүмкүн болгон атомдук жайгашуу тартиптери бар, бул анын үстүндөгү эпитаксиалдык GaN катмарынын баштапкы атомдук үймөк тартибине туура келбегендикке алып келет, бул үймөк жаракаларына жакын. Үймөк жаракалары (SF) с огу боюнча орнотулган электр талааларын киргизет, бул тегиздиктеги алып жүрүүчү бөлүүчү түзүлүштөрдүн агып кетиши сыяктуу көйгөйлөргө алып келет;
✔ SiC субстратынын жылуулук кеңейүү коэффициенти AlN жана GaNге караганда кичине, бул муздатуу процессинде эпитаксиалдык катмар менен субстраттын ортосунда жылуулук чыңалуусунун топтолушуна алып келет. Валтерейт жана Брэнд изилдөөсүнүн жыйынтыктарына таянып, бул көйгөйдү GaN эпитаксиалдык катмарларын жука, когеренттүү чыңалган AlN нуклеация катмарларында өстүрүү менен жеңилдетүүгө же чечүүгө болот деп божомолдошкон;
✔ Ga атомдорунун начар нымдалышы көйгөйү. GaN эпитаксиалдык катмарларын түздөн-түз SiC бетине өстүргөндө, эки атомдун ортосундагы начар нымдалышынан улам, GaN субстрат бетинде 3D аралча өсүшүнө жакын. Буфердик катмарды киргизүү GaN эпитаксиосундагы эпитаксиалдык материалдардын сапатын жакшыртуу үчүн эң көп колдонулган чечим болуп саналат. AlN же AlxGa1-xN буфердик катмарын киргизүү SiC бетинин нымдалышын натыйжалуу жакшыртып, GaN эпитаксиалдык катмарын эки өлчөмдө өстүрүүгө мүмкүндүк берет. Мындан тышкары, ал ошондой эле стрессти жөнгө салып, субстрат кемчиликтеринин GaN эпитаксиосуна жайылышына жол бербейт;
✔ SiC субстраттарын даярдоо технологиясы өнүкпөгөн, субстраттын баасы жогору жана жеткирүүчүлөр аз, ал эми сунуш аз.
Торрес жана башкалардын изилдөөлөрү көрсөткөндөй, эпитаксиядан мурун SiC субстратын H2 менен жогорку температурада (1600°C) оюп салуу субстраттын бетинде тартиптүү баскычтуу түзүлүштү пайда кылып, ошону менен баштапкы субстраттын бетинде түздөн-түз өстүрүлгөнгө караганда жогорку сапаттагы AlN эпитаксиалдык пленкасын алууга мүмкүндүк берет. Се жана анын командасынын изилдөөлөрү ошондой эле кремний карбидинин субстратын оюп алдын ала иштетүү GaN эпитаксиалдык катмарынын беттик морфологиясын жана кристаллдык сапатын бир топ жакшырта аларын көрсөтүп турат. Смит жана башкалары субстрат/буфердик катмардан жана буфердик катмар/эпитаксиалдык катмар интерфейстеринен келип чыккан жипчелердин дислокациясы субстраттын тегиздиги менен байланыштуу экенин аныкташкан [5].
4-сүрөт. 6H-SiC субстратында (0001) ар кандай беттик иштетүү шарттарында өстүрүлгөн GaN эпитаксиалдык катмарынын үлгүлөрүнүн TEM морфологиясы (а) химиялык тазалоо; (б) химиялык тазалоо + суутек плазмасын иштетүү; (в) химиялык тазалоо + суутек плазмасын иштетүү + 1300℃ суутекти 30 мүнөт жылуулук менен иштетүү
Si боюнча GaN эпитаксиясы
Кремний карбиди, сапфир жана башка субстраттар менен салыштырганда, кремний субстратын даярдоо процесси жетилген жана ал жогорку баадагы көрсөткүчтөргө ээ болгон жетилген чоң өлчөмдөгү субстраттарды туруктуу түрдө камсыздай алат. Ошол эле учурда, жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана электр өткөрүмдүүлүгү жакшы, ал эми Si электрондук түзүлүшүнүн процесси жетилген. Келечекте оптоэлектрондук GaN түзүлүштөрүн Si электрондук түзүлүштөрү менен кемчиликсиз интеграциялоо мүмкүнчүлүгү да кремнийдеги GaN эпитаксиясынын өсүшүн абдан жагымдуу кылат.
Бирок, Si субстраты менен GaN материалынын ортосундагы торчо константаларынын чоң айырмачылыгынан улам, Si субстратындагы GaNдин гетерогендик эпитаксиясы типтүү чоң дал келбестик эпитаксиясы болуп саналат жана ал ошондой эле бир катар көйгөйлөргө туш болушу керек:
✔ Беттик интерфейс энергиясы көйгөйү. GaN Si субстратында өскөндө, Si субстратынын бети алгач нитридденип, аморфтук кремний нитрид катмарын пайда кылат, ал жогорку тыгыздыктагы GaNдин ядролонушуна жана өсүшүнө өбөлгө түзбөйт. Мындан тышкары, Si бети алгач Ga менен байланышып, Si субстратынын бетин коррозияга учуратат. Жогорку температурада Si бетинин ажыроосу GaN эпитаксиалдык катмарына жайылып, кара кремний тактарын пайда кылат.
✔ GaN жана Si ортосундагы торчо константасынын дал келбестиги чоң (~17%), бул жогорку тыгыздыктагы жипчелүү дислокациялардын пайда болушуна алып келет жана эпитаксиалдык катмардын сапатын бир кыйла төмөндөтөт;
✔ Si менен салыштырганда, GaN жылуулук кеңейүү коэффициенти чоңураак (GaNдин жылуулук кеңейүү коэффициенти болжол менен 5,6×10-6K-1, Siдин жылуулук кеңейүү коэффициенти болжол менен 2,6×10-6K-1) жана эпитаксиалдык температура бөлмө температурасына чейин муздаганда GaN эпитаксиалдык катмарында жаракалар пайда болушу мүмкүн;
✔ Si жогорку температурада NH3 менен реакцияга кирип, поликристаллдык SiNx пайда кылат. AlN поликристаллдык SiNxте артыкчылыктуу багытталган ядрону түзө албайт, бул кийинчерээк өскөн GaN катмарынын башаламан багытына жана көп сандагы кемчиликтерге алып келет, бул GaN эпитаксиалдык катмарынын начар кристаллдык сапатына жана ал тургай монокристаллдык GaN эпитаксиалдык катмарын түзүүдө кыйынчылыктарга алып келет [6].
Чоң торчолордун дал келбестиги көйгөйүн чечүү үчүн изилдөөчүлөр Si субстраттарында буфердик катмарлар катары AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO жана SiC сыяктуу материалдарды киргизүүгө аракет кылышты. Поликристаллдык SiNxтин пайда болушуна жол бербөө жана анын GaN/AlN/Si (111) материалдарынын кристаллдык сапатына терс таасирин азайтуу үчүн, адатта, NH3 ачык Si бети менен реакцияга кирип, SiNx пайда болушуна жол бербөө үчүн AlN буфердик катмарынын эпитаксиалдык өсүшүнө чейин белгилүү бир убакыт аралыгында TMAl киргизүү талап кылынат. Мындан тышкары, эпитаксиалдык катмардын сапатын жакшыртуу үчүн үлгүлүү субстрат технологиясы сыяктуу эпитаксиалдык технологиялар колдонулушу мүмкүн. Бул технологияларды иштеп чыгуу эпитаксиалдык чек арада SiNxтин пайда болушун токтотууга, GaN эпитаксиалдык катмарынын эки өлчөмдүү өсүшүнө өбөлгө түзүүгө жана эпитаксиалдык катмардын өсүү сапатын жакшыртууга жардам берет. Мындан тышкары, кремний субстратындагы GaN эпитаксиалдык катмарында жаракалардын пайда болушуна жол бербөө үчүн жылуулук кеңейүү коэффициенттеринин айырмасынан келип чыккан созулуунун стрессин компенсациялоо үчүн AlN буфердик катмары киргизилет. Кросттун изилдөөлөрү AlN буфердик катмарынын калыңдыгы менен деформациянын азайышынын ортосунда оң корреляция бар экенин көрсөтүп турат. Буфердик катмардын калыңдыгы 12 нмге жеткенде, эпитаксиалдык катмардын жарака кетишисиз тиешелүү өстүрүү схемасы аркылуу кремний субстратында 6 мкмден калыңыраак эпитаксиалдык катмарды өстүрүүгө болот.
Изилдөөчүлөрдүн узак мөөнөттүү аракеттеринен кийин, кремний субстраттарында өстүрүлгөн GaN эпитаксиалдык катмарларынын сапаты бир кыйла жакшырды, ал эми талаа эффекти транзисторлору, Шоттки тосмосунун ультрафиолет детекторлору, көк-жашыл светодиоддор жана ультрафиолет лазерлери сыяктуу түзүлүштөр олуттуу ийгиликтерге жетишти.
Кыскасы, көп колдонулган GaN эпитаксиалдык субстраттарынын баары гетерогендик эпитаксиалдык болгондуктан, алардын баары торчолордун дал келбестиги жана жылуулук кеңейүү коэффициенттеринин ар кандай даражадагы чоң айырмачылыктары сыяктуу жалпы көйгөйлөргө туш болушат. Бир тектүү эпитаксиалдык GaN субстраттары технологиянын жетилгендиги менен чектелет жана субстраттар азырынча массалык түрдө өндүрүлө элек. Өндүрүш наркы жогору, субстраттын өлчөмү кичинекей жана субстраттын сапаты идеалдуу эмес. Жаңы GaN эпитаксиалдык субстраттарын иштеп чыгуу жана эпитаксиалдык сапатын жакшыртуу дагы эле GaN эпитаксиалдык өнөр жайынын андан ары өнүгүшүн чектөөчү маанилүү факторлордун бири болуп саналат.
IV. GaN эпитаксиясынын кеңири таралган ыкмалары
MOCVD (химиялык буу чөктүрүү)
GaN субстраттарында бир тектүү эпитаксия GaN эпитаксиясы үчүн эң жакшы тандоо окшойт. Бирок, химиялык буу чөкмөсүнүн прекурсорлору триметилгаллий жана аммиак, ал эми ташуучу газ суутек болгондуктан, MOCVDнин типтүү өсүү температурасы болжол менен 1000-1100℃, ал эми MOCVDнин өсүү ылдамдыгы саатына бир нече микронду түзөт. Ал атомдук деңгээлде тик интерфейстерди пайда кыла алат, бул гетероөткөрүлмөлөрдү, кванттык кудуктарды, супер торчолорду жана башка структураларды өстүрүү үчүн абдан ылайыктуу. Анын тез өсүү ылдамдыгы, жакшы бирдейлиги жана чоң аянттагы жана көп бөлүктүү өсүүгө ылайыктуулугу көбүнчө өнөр жай өндүрүшүндө колдонулат.
MBE (молекулярдык нур эпитаксиясы)
Молекулярдык нур эпитаксиясында Ga элементтик булагын колдонот, ал эми активдүү азот азоттон RF плазмасы аркылуу алынат. MOCVD ыкмасы менен салыштырганда, MBE өсүү температурасы болжол менен 350-400℃ төмөн. Төмөнкү өсүү температурасы жогорку температуралуу чөйрөлөрдөн келип чыгышы мүмкүн болгон айрым булгануулардан качууга мүмкүндүк берет. MBE системасы өтө жогорку вакуум астында иштейт, бул ага көбүрөөк in-situ аныктоо ыкмаларын интеграциялоого мүмкүндүк берет. Ошол эле учурда, анын өсүү темпин жана өндүрүш кубаттуулугун MOCVD менен салыштырууга болбойт жана ал илимий изилдөөлөрдө көбүрөөк колдонулат [7].
5-сүрөт (а) Eiko-MBE схемасы (б) MBE негизги реакция камерасынын схемасы
HVPE ыкмасы (гидриддик буу фазасынын эпитаксиясы)
Гидриддик буу фазасынын эпитаксия ыкмасынын прекурсорлору GaCl3 жана NH3 болуп саналат. Детчпром жана башкалар бул ыкманы сапфир субстратынын бетинде жүздөгөн микрон калыңдыктагы GaN эпитаксиалдык катмарын өстүрүү үчүн колдонушкан. Алардын экспериментинде сапфир субстраты менен эпитаксиалдык катмардын ортосунда буфердик катмар катары ZnO катмары өстүрүлүп, эпитаксиалдык катмар субстраттын бетинен сыйрылып алынган. MOCVD жана MBE менен салыштырганда, HVPE ыкмасынын негизги өзгөчөлүгү - анын жогорку өсүү ылдамдыгы, ал калың катмарларды жана көлөмдүү материалдарды өндүрүүгө ылайыктуу. Бирок, эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы 20 мкмден ашканда, бул ыкма менен пайда болгон эпитаксиалдык катмар жаракаларга жакын болот.
Акира USUI бул ыкмага негизделген үлгүлүү субстрат технологиясын киргизген. Алар алгач MOCVD ыкмасын колдонуп, сапфир субстратында 1-1,5 мкм калыңдыктагы жука GaN эпитаксиалдык катмарын өстүрүшкөн. Эпитаксиалдык катмар төмөнкү температура шарттарында өстүрүлгөн 20 нм калыңдыктагы GaN буфердик катмарынан жана жогорку температура шарттарында өстүрүлгөн GaN катмарынан турган. Андан кийин, 430℃ температурада эпитаксиалдык катмардын бетине SiO2 катмары капталып, фотолитография аркылуу SiO2 пленкасына терезе тилкелери жасалган. Тилкелердин аралыгы 7 мкм, ал эми масканын туурасы 1 мкмден 4 мкмге чейин болгон. Бул жакшыртуудан кийин, алар 2 дюймдук диаметрдеги сапфир субстратында жарака кетпеген жана калыңдыгы ондогон же жүздөгөн микронго чейин көбөйгөндө да күзгүдөй жылмакай болгон GaN эпитаксиалдык катмарын алышкан. Кемчиликтин тыгыздыгы салттуу HVPE ыкмасынын 109-1010 см-2ден болжол менен 6 × 107 см-2ге чейин төмөндөтүлгөн. Алар ошондой эле экспериментте өсүү ылдамдыгы 75 мкм/сааттан ашканда, үлгүнүн бети орой болуп калаарын белгилешкен[8].
6-сүрөт. Графикалык субстраттын схемасы
V. Кыскача баяндама жана келечек
GaN материалдары 2014-жылы көк жарык диоду ошол жылы физика боюнча Нобель сыйлыгын жеңип алганда пайда боло баштаган жана керектөөчү электроника тармагында тез кубаттоо колдонмолорунун коомчулуктун тармагына кирген. Чындыгында, көпчүлүк адамдар көрө албаган 5G базалык станцияларында колдонулган кубат күчөткүчтөрүндөгү жана RF түзмөктөрүндөгү колдонмолор да акырындык менен пайда болду. Акыркы жылдары GaN негизиндеги автомобиль классындагы кубат түзмөктөрүнүн жетишкендиги GaN материалдык колдонмолор рыногу үчүн жаңы өсүү чекиттерин ачат деп күтүлүүдө.
Рыноктун чоң суроо-талабы GaN менен байланышкан тармактардын жана технологиялардын өнүгүшүнө сөзсүз түрткү берет. GaN менен байланышкан өнөр жай чынжырынын жетилиши жана жакшырышы менен, учурдагы GaN эпитаксиалдык технологиясы туш болгон көйгөйлөр акыры жакшыртылып же чечилет. Келечекте адамдар жаңы эпитаксиалдык технологияларды жана эң сонун субстрат варианттарын иштеп чыгышат. Ал убакка чейин адамдар колдонмо сценарийлеринин мүнөздөмөлөрүнө ылайык ар кандай колдонмо сценарийлери үчүн эң ылайыктуу тышкы изилдөө технологиясын жана субстратты тандай алышат жана эң атаандаштыкка жөндөмдүү ылайыкташтырылган продукцияларды чыгара алышат.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 28-июну