1. Makina opangira ma semiconductor a m'badwo wachitatu
Ukadaulo wa semiconductor wa m'badwo woyamba unapangidwa kutengera zipangizo za semiconductor monga Si ndi Ge. Ndiwo maziko a chitukuko cha ma transistors ndi ukadaulo wa ma circuit ophatikizidwa. Zipangizo za semiconductor za m'badwo woyamba zinakhazikitsa maziko a makampani amagetsi m'zaka za m'ma 1900 ndipo ndi zipangizo zoyambira zaukadaulo wa ma circuit ophatikizidwa.
Zipangizo za semiconductor za m'badwo wachiwiri makamaka zimaphatikizapo gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, aluminiyamu arsenide ndi mankhwala awo a ternary. Zipangizo za semiconductor za m'badwo wachiwiri ndizo maziko a makampani opanga chidziwitso cha optoelectronic. Pachifukwa ichi, mafakitale ofanana monga magetsi, chiwonetsero, laser, ndi photovoltaics apangidwa. Amagwiritsidwa ntchito kwambiri m'makampani opanga chidziwitso chamakono komanso mafakitale owonetsera optoelectronic.
Zipangizo zoyimira zida za semiconductor za m'badwo wachitatu zikuphatikizapo gallium nitride ndi silicon carbide. Chifukwa cha kusiyana kwawo kwakukulu kwa band, liwiro lalikulu la ma electron saturation drift, kutentha kwakukulu, komanso mphamvu yayikulu yamunda, ndi zipangizo zabwino kwambiri zokonzekera zida zamagetsi zamagetsi zokhala ndi mphamvu zambiri, ma frequency apamwamba, komanso zotsika mtengo. Pakati pawo, zida zamagetsi za silicon carbide zili ndi ubwino wa mphamvu zambiri, kugwiritsa ntchito mphamvu zochepa, komanso kukula kochepa, ndipo zili ndi mwayi wogwiritsa ntchito magalimoto atsopano amphamvu, ma photovoltaics, mayendedwe a sitima, ma big data, ndi madera ena. Zipangizo za Gallium nitride RF zili ndi ubwino wa ma frequency apamwamba, mphamvu zambiri, bandwidth yayikulu, kugwiritsa ntchito mphamvu zochepa komanso kukula kochepa, ndipo zili ndi mwayi wogwiritsa ntchito kwambiri mu kulumikizana kwa 5G, intaneti ya Zinthu, radar yankhondo ndi madera ena. Kuphatikiza apo, zida zamagetsi zochokera ku gallium nitride zakhala zikugwiritsidwa ntchito kwambiri m'munda wamagetsi otsika. Kuphatikiza apo, m'zaka zaposachedwa, zida zatsopano za gallium oxide zikuyembekezeka kupanga mgwirizano waukadaulo ndi ukadaulo wa SiC ndi GaN womwe ulipo, ndipo zimakhala ndi mwayi wogwiritsa ntchito m'minda yamagetsi otsika komanso amphamvu kwambiri.
Poyerekeza ndi zipangizo za semiconductor za m'badwo wachiwiri, zipangizo za semiconductor za m'badwo wachitatu zili ndi m'lifupi mwa bandgap (m'lifupi mwa bandgap ya Si, chinthu chodziwika bwino cha zipangizo za semiconductor za m'badwo woyamba, ndi pafupifupi 1.1eV, m'lifupi mwa bandgap ya GaAs, chinthu chodziwika bwino cha zipangizo za semiconductor za m'badwo wachiwiri, ndi pafupifupi 1.42eV, ndipo m'lifupi mwa bandgap ya GaN, chinthu chodziwika bwino cha zipangizo za semiconductor za m'badwo wachitatu, ndi pamwamba pa 2.3eV), kukana kwamphamvu kwa radiation, kukana kwamphamvu kwa magetsi, komanso kukana kutentha kwambiri. Zipangizo za semiconductor za m'badwo wachitatu zokhala ndi m'lifupi mwa bandgap ndizoyenera kwambiri popanga zipangizo zamagetsi zosagwirizana ndi radiation, ma frequency apamwamba, mphamvu zapamwamba komanso zophatikizana kwambiri. Kugwiritsa ntchito kwawo mu zipangizo za ma microwave radio frequency, ma LED, ma laser, zipangizo zamagetsi ndi madera ena kwakopa chidwi cha anthu ambiri, ndipo awonetsa mwayi waukulu wopita patsogolo mu kulumikizana kwa mafoni, ma grid anzeru, maulendo a sitima, magalimoto atsopano amphamvu, zamagetsi, ndi zida za ultraviolet ndi zobiriwira zabuluu [1].
Chithunzi chochokera: CASA, Zheshang Securities Research Institute
Chithunzi 1 Mulingo wa nthawi ya chipangizo chamagetsi cha GaN ndi kulosera kwake
Kapangidwe ka zinthu za II GaN ndi makhalidwe ake
GaN ndi semiconductor ya bandgap yolunjika. M'lifupi mwa bandgap ya kapangidwe ka wurtzite kutentha kwa chipinda ndi pafupifupi 3.26eV. Zipangizo za GaN zili ndi mapangidwe atatu akuluakulu a kristalo, omwe ndi kapangidwe ka wurtzite, kapangidwe ka sphalerite ndi kapangidwe ka mchere wa miyala. Pakati pawo, kapangidwe ka wurtzite ndi kapangidwe ka kristalo kokhazikika kwambiri. Chithunzi 2 ndi chithunzi cha kapangidwe ka wurtzite ya hexagonal ya GaN. Kapangidwe ka wurtzite ka zinthu za GaN ndi ka kapangidwe ka hexagonal. Selo iliyonse ili ndi maatomu 12, kuphatikiza maatomu 6 a N ndi maatomu 6 a Ga. Atomu iliyonse ya Ga (N) imapanga mgwirizano ndi maatomu 4 apafupi a N (Ga) ndipo imayikidwa mu dongosolo la ABABAB… motsatira njira ya [0001] [2].
Chithunzi 2 Kapangidwe ka Wurtzite chithunzi cha maselo a kristalo a GaN
Gawo lachitatu lomwe limagwiritsidwa ntchito kwambiri pa GaN epitaxy
Zikuwoneka kuti epitaxy yofanana pa ma substrates a GaN ndiyo chisankho chabwino kwambiri cha epitaxy ya GaN. Komabe, chifukwa cha mphamvu yayikulu ya bond ya GaN, kutentha kukafika pa 2500℃, kuthamanga kwake kofanana ndi kuwonongeka kumakhala pafupifupi 4.5GPa. Kuthamanga kwa kuwonongeka kukachepa kuposa kuthamanga kumeneku, GaN siisungunuka koma imawola mwachindunji. Izi zimapangitsa kuti ukadaulo wokonzekera ma substrate okhwima monga njira ya Czochralski usakhale woyenera kukonzekera ma substrates a GaN single crystal, zomwe zimapangitsa kuti ma substrates a GaN akhale ovuta kupanga komanso okwera mtengo. Chifukwa chake, ma substrates omwe amagwiritsidwa ntchito kwambiri pakukula kwa GaN epitaxial ndi makamaka Si, SiC, safiro, ndi zina zotero. [3].
Tchati 3 GaN ndi magawo a zinthu zomwe zimagwiritsidwa ntchito kwambiri
GaN epitaxy pa safiro
Sapphire ili ndi mphamvu zokhazikika za mankhwala, ndi yotsika mtengo, ndipo ili ndi kukula kwakukulu kwa makampani opanga zinthu zazikulu. Chifukwa chake, yakhala imodzi mwa zipangizo zoyambirira komanso zogwiritsidwa ntchito kwambiri mu uinjiniya wa zida za semiconductor. Monga imodzi mwa zinthu zomwe zimagwiritsidwa ntchito kwambiri pa GaN epitaxy, mavuto akuluakulu omwe amafunika kuthetsedwa pa zinthu za safiro ndi awa:
✔ Chifukwa cha kusiyana kwakukulu kwa lattice pakati pa safiro (Al2O3) ndi GaN (pafupifupi 15%), kuchuluka kwa zolakwika pakati pa epitaxial layer ndi substrate ndi kwakukulu kwambiri. Pofuna kuchepetsa zotsatira zake zoyipa, substrate iyenera kuchitidwa chithandizo chovuta isanayambe epitaxy. Musanabzale GaN epitaxy pa substrates za safiro, pamwamba pa substrate iyenera kutsukidwa bwino kuti ichotse zodetsa, kuwonongeka kotsalira kwa kupukuta, ndi zina zotero, ndikupanga mapangidwe a masitepe ndi masitepe. Kenako, pamwamba pa substrate imatsukidwa kuti isinthe mawonekedwe a epitaxial layer. Pomaliza, AlN buffer layer yopyapyala (nthawi zambiri 10-100nm wandiweyani) iyenera kuyikidwa pamwamba pa substrate ndikuyiyika pa kutentha kochepa kuti ikonzekere kukula komaliza kwa epitaxial. Ngakhale zili choncho, kuchuluka kwa kusokonekera kwa ma cell a GaN epitaxial omwe amamera pa ma substrates a safiro kumapitirirabe kuposa kwa ma cell a homoepitaxial (pafupifupi 1010cm-2, poyerekeza ndi kuchuluka kwa kusasunthika kwa zero mu ma cell a silicon homoepitaxial kapena ma cell a gallium arsenide homoepitaxial, kapena pakati pa 102 ndi 104cm-2). Kuchuluka kwa chilema chachikulu kumachepetsa kuyenda kwa ma cell, motero kumafupikitsa nthawi yonse ya ma cell a ma cell ndikuchepetsa kutentha, zomwe zonse zimachepetsa magwiridwe antchito a chipangizocho [4];
✔ Kuchuluka kwa kutentha kwa safiro ndi kwakukulu kuposa kwa GaN, kotero kupsinjika kwa biaxial compressive kudzapangidwa mu epitaxial layer panthawi yozizira kuyambira kutentha kwa deposition mpaka kutentha kwa chipinda. Pa mafilimu okhuthala a epitaxial, kupsinjika kumeneku kungayambitse kusweka kwa filimu kapena substrate;
✔ Poyerekeza ndi zinthu zina, mphamvu ya kutentha ya zinthu za safiro ndi yotsika (pafupifupi 0.25W*cm-1*K-1 pa 100℃), ndipo mphamvu ya kutentha siili bwino;
✔ Chifukwa cha kusayenda bwino kwa magetsi, zinthu zopangidwa ndi safiro sizingathandize kuti zigwirizane ndi zipangizo zina zamagetsi.
Ngakhale kuti kuchuluka kwa zolakwika za zigawo za GaN epitaxial zomwe zimabzalidwa pazitsulo za safiro kuli kwakukulu, sizikuwoneka kuti zimachepetsa kwambiri magwiridwe antchito a optoelectronic a ma LED abuluu-obiriwira a GaN, kotero zitsulo za safiro zimagwiritsidwabe ntchito kwambiri pa ma LED a GaN.
Ndi chitukuko cha kugwiritsa ntchito zipangizo zatsopano za GaN monga ma laser kapena zipangizo zina zamagetsi amphamvu kwambiri, zolakwika zomwe zimapezeka m'magawo a safiro zakhala zolepheretsa kugwiritsa ntchito kwawo. Kuphatikiza apo, ndi chitukuko cha ukadaulo wakukula kwa gawo la SiC, kuchepetsa ndalama komanso kukhwima kwa ukadaulo wa GaN epitaxial pa magawo a Si, kafukufuku wowonjezereka pakukula kwa zigawo za GaN epitaxial pa magawo a safiro pang'onopang'ono wasonyeza chizolowezi chozizira.
GaN epitaxy pa SiC
Poyerekeza ndi safiro, ma substrate a SiC (makristalo a 4H- ndi 6H) ali ndi kusiyana kochepa kwa lattice ndi zigawo za GaN epitaxial (3.1%, zofanana ndi mafilimu a epitaxial oriented [0001], kutentha kwakukulu (pafupifupi 3.8W*cm-1*K-1), ndi zina zotero. Kuphatikiza apo, kuyendetsa kwa ma substrate a SiC kumalolanso kulumikizidwa kwamagetsi kumbuyo kwa substrate, zomwe zimathandiza kuti kapangidwe ka chipangizocho kakhale kosavuta. Kukhalapo kwa ubwino uwu kwakopa ofufuza ambiri kuti agwire ntchito pa GaN epitaxy pa substrate za silicon carbide.
Komabe, kugwira ntchito mwachindunji pa ma substrates a SiC kuti mupewe kukulitsa ma epilayers a GaN kumakumananso ndi zovuta zingapo, kuphatikizapo izi:
✔ Kukhwima kwa pamwamba pa SiC substrates ndi kwakukulu kwambiri kuposa kwa safiro substrates (kukhwima kwa safiro 0.1nm RMS, kukhwima kwa SiC 1nm RMS), SiC substrates ndi zolimba kwambiri komanso magwiridwe antchito osakwanira, ndipo kukhwima kumeneku ndi kuwonongeka kotsalira kwa kupukuta ndi chimodzi mwa magwero a zolakwika mu epilayers za GaN.
✔ Kuchuluka kwa screw dislocation ya SiC substrates ndi kwakukulu (kuchuluka kwa dislocation 103-104cm-2), screw dislocations ikhoza kufalikira ku GaN epilayer ndikuchepetsa magwiridwe antchito a chipangizocho;
✔ Kapangidwe ka atomu pamwamba pa substrate kamayambitsa kupangika kwa zolakwika zomangira (BSFs) mu epilayer ya GaN. Pa epitaxial GaN pa substrates za SiC, pali ma order angapo okonzekera atomu pa substrate, zomwe zimapangitsa kuti dongosolo loyambira la atomu losasinthasintha la epitaxial GaN layer likhalepo, lomwe limakhala ndi zolakwika zomangira. Zolakwika zomangira (SFs) zimayambitsa minda yamagetsi yomangidwa mkati mwa c-axis, zomwe zimapangitsa kuti pakhale mavuto monga kutuluka kwa zida zopatulira zonyamula ndege;
✔ Kuchuluka kwa kutentha kwa gawo la SiC ndi kochepa kuposa kwa AlN ndi GaN, zomwe zimapangitsa kuti kutentha kukhale kolimba pakati pa gawo la epitaxial ndi gawo la substrate panthawi yozizira. Waltereit ndi Brand adaneneratu kutengera zotsatira zawo za kafukufuku kuti vutoli lingathe kuchepetsedwa kapena kuthetsedwa pokulitsa magawo a GaN epitaxial pa zigawo zoonda, zopyapyala za AlN nucleation;
✔ Vuto la kusanyowa bwino kwa maatomu a Ga. Mukabzala zigawo za GaN epitaxial mwachindunji pamwamba pa SiC, chifukwa cha kusanyowa bwino pakati pa maatomu awiriwa, GaN imakonda kukula mu 3D island pamwamba pa substrate. Kuyika buffer layer ndiyo njira yogwiritsidwa ntchito kwambiri pokonza ubwino wa zinthu za epitaxial mu GaN epitaxy. Kuyika AlN kapena AlxGa1-xN buffer layer kungathandize kwambiri kunyowa kwa pamwamba pa SiC ndikupangitsa GaN epitaxial layer kukula m'magawo awiri. Kuphatikiza apo, imathanso kuwongolera kupsinjika ndikuletsa zolakwika za substrate kuti zisafike ku GaN epitaxy;
✔ Ukadaulo wokonzekera ma substrate a SiC sunakhwime, mtengo wa substrate ndi wokwera, ndipo pali ogulitsa ochepa komanso opezeka ochepa.
Kafukufuku wa Torres ndi anzake akuwonetsa kuti kupukuta gawo la SiC ndi H2 pa kutentha kwambiri (1600°C) epitaxy isanakwane kungapangitse kapangidwe kabwino kwambiri pamwamba pa gawo la substrate, motero kupeza filimu ya AlN epitaxial yapamwamba kwambiri kuposa pamene yamera mwachindunji pamwamba pa gawo loyambirira la substrate. Kafukufuku wa Xie ndi gulu lake akuwonetsanso kuti kupukuta gawo la silicon carbide lisanakwane kungathandize kwambiri kusintha mawonekedwe a pamwamba ndi khalidwe la kristalo la gawo la GaN epitaxial. Smith ndi anzake adapeza kuti kusokonekera kwa ulusi komwe kumachokera ku gawo la substrate/buffer ndi malo olumikizirana a gawo la buffer/epitaxial kumakhudzana ndi kusalala kwa gawo la substrate [5].
Chithunzi 4 TEM mawonekedwe a zitsanzo za GaN epitaxial layer zomwe zimamera pa 6H-SiC substrate (0001) pansi pa mikhalidwe yosiyanasiyana yochizira pamwamba (a) kuyeretsa mankhwala; (b) kuyeretsa mankhwala + chithandizo cha hydrogen plasma; (c) kuyeretsa mankhwala + chithandizo cha hydrogen plasma + chithandizo cha kutentha kwa hydrogen 1300℃ kwa mphindi 30
GaN epitaxy on Si
Poyerekeza ndi silicon carbide, safiro ndi zinthu zina, njira yokonzekera substrate ya silicon ndi yokhwima, ndipo imatha kupereka zinthu zazikulu zokhwima zomwe zimakhala ndi ntchito yokwera mtengo. Nthawi yomweyo, mphamvu ya kutentha ndi mphamvu yamagetsi ndi yabwino, ndipo njira ya chipangizo chamagetsi cha Si ndi yokhwima. Kuthekera kophatikiza bwino zida za optoelectronic GaN ndi zida zamagetsi za Si mtsogolo kumapangitsanso kukula kwa GaN epitaxy pa silicon kukhala kokongola kwambiri.
Komabe, chifukwa cha kusiyana kwakukulu kwa ma lattice constants pakati pa Si substrate ndi GaN material, epitaxy yosiyana ya GaN pa Si substrate ndi epitaxy yayikulu yosagwirizana, ndipo imayeneranso kukumana ndi mavuto angapo:
✔ Vuto la mphamvu yolumikizira pamwamba. GaN ikakula pa gawo la Si, pamwamba pa gawo la Si choyamba padzakhala nitride kuti pakhale gawo la silicon nitride losasinthika lomwe silikugwirizana ndi nucleation ndi kukula kwa GaN yochuluka kwambiri. Kuphatikiza apo, pamwamba pa Si padzayamba kukhudza Ga, zomwe zidzawononga pamwamba pa gawo la Si. Pa kutentha kwambiri, kuwonongeka kwa pamwamba pa Si kudzafalikira mu gawo la GaN epitaxial kuti pakhale madontho akuda a silicon.
✔ Kusagwirizana kosalekeza kwa lattice pakati pa GaN ndi Si ndi kwakukulu (~17%), zomwe zingayambitse kupangika kwa ma threading dislocations okwera kwambiri ndikuchepetsa kwambiri mtundu wa epitaxial layer;
✔ Poyerekeza ndi Si, GaN ili ndi kuchuluka kwa kutentha komwe kumawonjezera kutentha (kuchuluka kwa kutentha komwe kumawonjezera kutentha kwa GaN ndi pafupifupi 5.6×10-6K-1, kuchuluka kwa kutentha komwe kumawonjezera kutentha kwa Si ndi pafupifupi 2.6×10-6K-1), ndipo ming'alu ingapangidwe mu gawo la GaN epitaxial panthawi yozizira kwa kutentha kwa epitaxial kufika kutentha kwa chipinda;
✔ Si imakumana ndi NH3 kutentha kwambiri kuti ipange polycrystalline SiNx. AlN singapange nucleus yolunjika bwino pa polycrystalline SiNx, zomwe zimapangitsa kuti gawo la GaN lomwe linakula pambuyo pake lisamayende bwino komanso kuti pakhale zolakwika zambiri, zomwe zimapangitsa kuti gawo la GaN epitaxial layer likhale loipa, komanso kuti pakhale vuto popanga gawo la GaN epitaxial layer limodzi lokha [6].
Pofuna kuthetsa vuto la kusagwirizana kwakukulu kwa lattice, ofufuza ayesa kuyambitsa zinthu monga AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, ndi SiC ngati zigawo za buffer pa substrates za Si. Pofuna kupewa kupangika kwa polycrystalline SiNx ndikuchepetsa zotsatira zake zoyipa pa mtundu wa kristalo wa zinthu za GaN/AlN/Si (111), TAl nthawi zambiri imafunika kuyambitsidwa kwa nthawi inayake epitaxial layer ya AlN buffer isanayambe kukula kuti NH3 isagwirizane ndi pamwamba pa Si yomwe yawonekera kuti ipange SiNx. Kuphatikiza apo, ukadaulo wa epitaxial monga ukadaulo wa substrate wopangidwa ndi mapatani ungagwiritsidwe ntchito kukonza ubwino wa epitaxial layer. Kukula kwa ukadaulo uwu kumathandiza kuletsa kupangika kwa SiNx pa epitaxial interface, kulimbikitsa kukula kwa magawo awiri kwa GaN epitaxial layer, ndikukweza kukula kwa epitaxial layer. Kuphatikiza apo, AlN buffer layer imayambitsidwa kuti ikwaniritse kupsinjika kwa tensile komwe kumachitika chifukwa cha kusiyana kwa ma coefficients okulitsa kutentha kuti apewe ming'alu mu GaN epitaxial layer pa substrate ya silicon. Kafukufuku wa Krost akuwonetsa kuti pali mgwirizano wabwino pakati pa makulidwe a AlN buffer layer ndi kuchepa kwa mphamvu. Pamene makulidwe a buffer layer afika 12nm, epitaxial layer yokulirapo kuposa 6μm ikhoza kukulitsidwa pa silicon substrate kudzera mu njira yoyenera yokulira popanda kusweka kwa epitaxial layer.
Pambuyo pa khama la nthawi yayitali la ofufuza, ubwino wa zigawo za GaN epitaxial zomwe zimalimidwa pa silicon substrates wakula kwambiri, ndipo zipangizo monga ma transistors a field effect, ma Schottky barrier ultraviolet detectors, ma LED abuluu-obiriwira ndi ma ultraviolet lasers zapita patsogolo kwambiri.
Mwachidule, popeza ma substrate a GaN epitaxial omwe amagwiritsidwa ntchito kwambiri ndi osiyana kwambiri, onse amakumana ndi mavuto ofanana monga kusalingana kwa lattice ndi kusiyana kwakukulu kwa ma coefficients okulitsa kutentha mpaka madigiri osiyanasiyana. Ma substrate a epitaxial GaN ofanana amakhala ochepa chifukwa cha kukhwima kwa ukadaulo, ndipo ma substrate sanapangidwe mochuluka. Mtengo wopangira ndi wokwera, kukula kwa substrate ndi kochepa, ndipo mtundu wa substrate si wabwino kwambiri. Kupanga ma substrate atsopano a GaN epitaxial ndi kusintha kwa khalidwe la epitaxial ndi chimodzi mwazinthu zofunika kwambiri zomwe zikulepheretsa kukula kwa makampani a epitaxial a GaN.
IV. Njira zodziwika bwino za GaN epitaxy
MOCVD (kuyika nthunzi ya mankhwala)
Zikuwoneka kuti epitaxy yofanana pa GaN substrates ndiyo chisankho chabwino kwambiri cha epitaxy ya GaN. Komabe, popeza zinthu zomwe zimayambitsa kuyika kwa nthunzi ya mankhwala ndi trimethylgallium ndi ammonia, ndipo mpweya wonyamula ndi hydrogen, kutentha kwa MOCVD komwe kumakula ndi pafupifupi 1000-1100℃, ndipo kuchuluka kwa MOCVD komwe kumakula ndi pafupifupi ma microns ochepa pa ola limodzi. Imatha kupanga ma interfaces otsetsereka pamlingo wa atomiki, womwe ndi woyenera kwambiri pakukula kwa heterojunctions, quantum wells, superlattices ndi zina. Kukula kwake mwachangu, kufanana kwake, komanso kuyenerera kukula kwa malo akuluakulu komanso magawo ambiri nthawi zambiri amagwiritsidwa ntchito popanga mafakitale.
MBE (molecular beam epitaxy)
Mu molecular beam epitaxy, Ga imagwiritsa ntchito gwero la elemental, ndipo active nitrogen imapezeka kuchokera ku nayitrogeni kudzera mu RF plasma. Poyerekeza ndi njira ya MOCVD, kutentha kwa kukula kwa MBE kumakhala kotsika pafupifupi 350-400℃. Kutentha kotsika kwa kukula kumatha kupewa kuipitsidwa kwina komwe kungachitike chifukwa cha kutentha kwambiri. Dongosolo la MBE limagwira ntchito pansi pa vacuum yapamwamba kwambiri, zomwe zimaloleza kuphatikiza njira zambiri zodziwira mkati. Nthawi yomweyo, kuchuluka kwake kwa kukula ndi mphamvu yake yopanga sizingafanane ndi MOCVD, ndipo imagwiritsidwa ntchito kwambiri mu kafukufuku wasayansi [7].
Chithunzi 5 (a) Eiko-MBE schematic (b) MBE main reaction chamber schematic
Njira ya HVPE (hydride vapor phase epitaxy)
Zoyambira za njira ya epitaxy ya hydride vapor phase ndi GaCl3 ndi NH3. Detchprohm ndi ena adagwiritsa ntchito njira iyi kukulitsa gawo la GaN epitaxial layer mazana ambiri a microns okhuthala pamwamba pa gawo la safiro. Mu kuyesa kwawo, gawo la ZnO linakulitsidwa pakati pa gawo la safiro ndi gawo la epitaxial ngati gawo la buffer, ndipo gawo la epitaxial linachotsedwa pamwamba pa gawo la substrate. Poyerekeza ndi MOCVD ndi MBE, chinthu chachikulu cha njira ya HVPE ndi kukula kwake kwakukulu, komwe kuli koyenera kupanga zigawo zokhuthala ndi zinthu zambiri. Komabe, pamene makulidwe a gawo la epitaxial apitirira 20μm, gawo la epitaxial lopangidwa ndi njira iyi limakhala ndi ming'alu.
Akira USUI adayambitsa ukadaulo wa substrate wokhala ndi mapatani kutengera njira iyi. Choyamba adakulitsa gawo lopyapyala la GaN epitaxial la makulidwe a 1-1.5μm pa substrate ya safiro pogwiritsa ntchito njira ya MOCVD. Gawo la epitaxial linali ndi gawo la GaN buffer la makulidwe a 20nm lomwe limakula pansi pa kutentha kochepa ndi gawo la GaN lomwe limakula pansi pa kutentha kwakukulu. Kenako, pa 430℃, gawo la SiO2 linapakidwa pamwamba pa gawo la epitaxial, ndipo mizere ya zenera idapangidwa pa filimu ya SiO2 pogwiritsa ntchito photolithography. Mizere inali 7μm ndipo m'lifupi mwa chigoba chinali kuyambira 1μm mpaka 4μm. Pambuyo pa kusinthaku, adapeza gawo la GaN epitaxial pa substrate ya safiro ya mainchesi 2 yomwe inali yopanda ming'alu komanso yosalala ngati galasi ngakhale makulidwe atakwera kufika pa makumi kapena mazana a ma microns. Kuchuluka kwa zolakwika kunachepetsedwa kuchoka pa 109-1010cm-2 ya njira yachikhalidwe ya HVPE kufika pafupifupi 6×107cm-2. Iwo ananenanso mu kafukufukuyu kuti pamene chiŵerengero cha kukula chikapitirira 75μm/h, pamwamba pa chitsanzocho padzakhala povuta [8].
Chithunzi 6 Chithunzi cha Substrate Schematic
V. Chidule ndi Kawonedwe
Zipangizo za GaN zinayamba kuonekera mu 2014 pamene kuwala kwa buluu kwa LED kunapambana Mphoto ya Nobel mu Fiziki chaka chimenecho, ndipo kunalowa m'munda wa anthu onse wogwiritsa ntchito ma charger mwachangu m'munda wa zamagetsi. Ndipotu, kugwiritsa ntchito ma amplifier amphamvu ndi zida za RF zomwe zimagwiritsidwa ntchito m'malo oyambira a 5G omwe anthu ambiri sangawaone kwawonekeranso mwakachetechete. M'zaka zaposachedwa, kupita patsogolo kwa zida zamagetsi zamagalimoto zochokera ku GaN kukuyembekezeka kutsegula malo atsopano okulira pamsika wa zida za GaN.
Kufunika kwakukulu kwa msika kudzalimbikitsa chitukuko cha mafakitale ndi ukadaulo wokhudzana ndi GaN. Ndi kukhwima ndi kusintha kwa unyolo wa mafakitale wokhudzana ndi GaN, mavuto omwe akukumana nawo ndi ukadaulo wa GaN epitaxial womwe ulipo pano adzakonzedwa kapena kuthetsedwa. M'tsogolomu, anthu adzapanga ukadaulo watsopano wa epitaxial komanso njira zabwino kwambiri zogwiritsira ntchito. Pofika nthawi imeneyo, anthu adzatha kusankha ukadaulo woyenera kwambiri wofufuza zakunja ndi substrate pazochitika zosiyanasiyana zogwiritsira ntchito malinga ndi mawonekedwe a zochitika zogwiritsira ntchito, ndikupanga zinthu zopikisana kwambiri zomwe zasinthidwa.
Nthawi yotumizira: Juni-28-2024