1. Semikondekta za kizazi cha tatu
Teknolojia ya semiconductor ya kizazi cha kwanza ilitengenezwa kwa kuzingatia vifaa vya semiconductor kama vile Si na Ge. Ni msingi wa nyenzo kwa ajili ya maendeleo ya transistors na teknolojia ya saketi jumuishi. Vifaa vya semiconductor vya kizazi cha kwanza viliweka msingi wa tasnia ya kielektroniki katika karne ya 20 na ndio nyenzo za msingi kwa teknolojia ya saketi jumuishi.
Nyenzo za nusu-semiconductor za kizazi cha pili zinajumuisha gallium arsenide, indium fosfidi, gallium fosfidi, indium arsenide, alumini arsenide na misombo yake ya ternary. Nyenzo za nusu-semiconductor za kizazi cha pili ndizo msingi wa tasnia ya habari ya optoelectronic. Kwa msingi huu, tasnia zinazohusiana kama vile taa, onyesho, leza, na fotovoltaiki zimetengenezwa. Zinatumika sana katika teknolojia ya kisasa ya habari na tasnia za maonyesho ya optoelectronic.
Nyenzo wakilishi za vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu ni pamoja na gallium nitride na silikoni kabidi. Kutokana na pengo lao pana la bendi, kasi kubwa ya kuteleza kwa elektroni, upitishaji wa joto la juu, na nguvu kubwa ya uwanja wa kuvunjika, ni nyenzo bora za kuandaa vifaa vya kielektroniki vyenye msongamano wa nguvu nyingi, masafa ya juu, na hasara ndogo. Miongoni mwao, vifaa vya nguvu vya silikoni kabidi vina faida za msongamano wa nishati ya juu, matumizi ya chini ya nishati, na ukubwa mdogo, na vina matarajio mapana ya matumizi katika magari mapya ya nishati, fotovoltaiki, usafiri wa reli, data kubwa, na nyanja zingine. Vifaa vya Gallium nitride RF vina faida za masafa ya juu, nguvu ya juu, kipimo data pana, matumizi ya chini ya nguvu na ukubwa mdogo, na vina matarajio mapana ya matumizi katika mawasiliano ya 5G, Intaneti ya Vitu, rada ya kijeshi na nyanja zingine. Kwa kuongezea, vifaa vya nguvu vinavyotegemea nitridi ya siliamu vimetumika sana katika uwanja wa volteji ya chini. Kwa kuongezea, katika miaka ya hivi karibuni, nyenzo zinazoibuka za oksidi ya siliamu zinatarajiwa kuunda upatanifu wa kiufundi na teknolojia zilizopo za SiC na GaN, na zina matarajio yanayowezekana ya matumizi katika nyanja za masafa ya chini na volteji ya juu.
Ikilinganishwa na vifaa vya semiconductor vya kizazi cha pili, vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu vina upana mpana wa bendi (upana wa bendi ya Si, nyenzo ya kawaida ya nyenzo ya semiconductor ya kizazi cha kwanza, ni takriban 1.1eV, upana wa bendi ya GaAs, nyenzo ya kawaida ya nyenzo ya semiconductor ya kizazi cha pili, ni takriban 1.42eV, na upana wa bendi ya GaN, nyenzo ya kawaida ya nyenzo ya semiconductor ya kizazi cha tatu, ni juu ya 2.3eV), upinzani mkubwa wa mionzi, upinzani mkubwa dhidi ya kuvunjika kwa uwanja wa umeme, na upinzani wa halijoto ya juu. Vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu vyenye upana mpana wa bendi yanafaa hasa kwa ajili ya utengenezaji wa vifaa vya elektroniki vinavyostahimili mionzi, masafa ya juu, nguvu ya juu na msongamano wa juu. Matumizi yao katika vifaa vya masafa ya redio ya microwave, LED, leza, vifaa vya umeme na nyanja zingine yamevutia umakini mkubwa, na yameonyesha matarajio mapana ya maendeleo katika mawasiliano ya simu, gridi mahiri, usafiri wa reli, magari mapya ya nishati, vifaa vya elektroniki vya watumiaji, na vifaa vya mwanga wa urujuanimno na bluu-kijani [1].
Chanzo cha picha: CASA, Taasisi ya Utafiti wa Dhamana ya Zheshang
Mchoro 1 Kipimo cha muda na utabiri wa kifaa cha nguvu cha GaN
Muundo na sifa za nyenzo za II GaN
GaN ni semiconductor ya bandpeg ya moja kwa moja. Upana wa bandpeg ya muundo wa wurtzite kwenye joto la kawaida ni takriban 3.26eV. Vifaa vya GaN vina miundo mitatu mikuu ya fuwele, yaani muundo wa wurtzite, muundo wa sphalerite na muundo wa chumvi ya mwamba. Miongoni mwao, muundo wa wurtzite ndio muundo thabiti zaidi wa fuwele. Mchoro 2 ni mchoro wa muundo wa wurtzite wa hexagonal wa GaN. Muundo wa wurtzite wa nyenzo za GaN ni wa muundo uliofungwa kwa karibu wa hexagonal. Kila seli ya kitengo ina atomi 12, ikiwa ni pamoja na atomi 6 za N na atomi 6 za Ga. Kila atomi ya Ga (N) huunda kifungo na atomi 4 za N (Ga) zilizo karibu zaidi na zimepangwa kwa mpangilio wa ABABAB… kando ya mwelekeo [0001] [2].
Mchoro 2 Muundo wa Wurtzite mchoro wa seli ya fuwele ya GaN
III Viungo vinavyotumika sana kwa epitaksi ya GaN
Inaonekana kwamba epitaksi sare kwenye substrates za GaN ndiyo chaguo bora kwa epitaksi ya GaN. Hata hivyo, kutokana na nishati kubwa ya dhamana ya GaN, halijoto inapofikia kiwango cha kuyeyuka cha 2500℃, shinikizo lake linalolingana la mtengano ni takriban 4.5GPa. Wakati shinikizo la mtengano liko chini kuliko shinikizo hili, GaN haiyeyuki bali hutengana moja kwa moja. Hii inafanya teknolojia za maandalizi ya substrate zilizokomaa kama vile mbinu ya Czochralski kutofaa kwa ajili ya maandalizi ya substrates za fuwele moja za GaN, na kufanya substrates za GaN kuwa ngumu kuzalisha kwa wingi na kuwa ghali. Kwa hivyo, substrates zinazotumika sana katika ukuaji wa epitaksi ya GaN ni Si, SiC, yakuti, n.k. [3].
Chati ya 3 GaN na vigezo vya nyenzo za substrate zinazotumika sana
GaN epitaksi kwenye yakuti
Yakuti ina sifa thabiti za kemikali, ni nafuu, na ina ukomavu wa hali ya juu katika tasnia kubwa ya uzalishaji. Kwa hivyo, imekuwa moja ya vifaa vya msingi vya mapema na vinavyotumika sana katika uhandisi wa vifaa vya nusu-semiconductor. Kama moja ya vifaa vya msingi vinavyotumika sana kwa epitaxy ya GaN, matatizo makuu yanayohitaji kutatuliwa kwa vifaa vya msingi vya yakuti ni:
✔ Kutokana na kutolingana kwa kimiani kubwa kati ya yakuti (Al2O3) na GaN (karibu 15%), msongamano wa kasoro kwenye kiolesura kati ya safu ya epitaxial na substrate ni mkubwa sana. Ili kupunguza athari zake mbaya, substrate lazima ifanyiwe matibabu tata kabla ya mchakato wa epitaxial kuanza. Kabla ya kukuza epitaxial ya GaN kwenye substrate za yakuti, uso wa substrate lazima kwanza usafishwe kwa ukali ili kuondoa uchafu, uharibifu wa kung'arisha uliobaki, n.k., na kutoa miundo ya hatua na hatua. Kisha, uso wa substrate hutiwa nitride ili kubadilisha sifa za kulowesha za safu ya epitaxial. Hatimaye, safu nyembamba ya bafa ya AlN (kawaida yenye unene wa 10-100nm) inahitaji kuwekwa kwenye uso wa substrate na kuunganishwa kwa joto la chini ili kujiandaa kwa ukuaji wa mwisho wa epitaxial. Hata hivyo, msongamano wa kutengana katika filamu za epitaxial za GaN zinazopandwa kwenye sehemu ndogo za yakuti bado ni mkubwa kuliko ule wa filamu za homoepitaxial (karibu 1010cm-2, ikilinganishwa na msongamano wa kutotengana kimsingi katika filamu za homoepitaxial za silikoni au filamu za homoepitaxial za gallium arsenide, au kati ya 102 na 104cm-2). Msongamano wa juu wa kasoro hupunguza uhamaji wa kubeba, na hivyo kufupisha maisha ya kubeba wachache na kupunguza upitishaji wa joto, ambayo yote yatapunguza utendaji wa kifaa [4];
✔ Mgawo wa upanuzi wa joto wa yakuti ni mkubwa kuliko ule wa GaN, kwa hivyo mkazo wa mgandamizo wa biaxial utatolewa kwenye safu ya epitaxial wakati wa mchakato wa kupoa kutoka halijoto ya uwekaji hadi halijoto ya kawaida. Kwa filamu nene za epitaxial, mkazo huu unaweza kusababisha kupasuka kwa filamu au hata sehemu ya chini;
✔ Ikilinganishwa na substrates zingine, upitishaji joto wa substrates za yakuti ni wa chini (karibu 0.25W*cm-1*K-1 kwa 100℃), na utendaji wa utengano wa joto ni duni;
✔ Kwa sababu ya upitishaji wake duni, substrates za yakuti hazifai kuunganishwa na kutumika pamoja na vifaa vingine vya nusu-semiconductor.
Ingawa msongamano wa kasoro wa tabaka za epitaxial za GaN zinazopandwa kwenye substrates za yakuti ni kubwa, haionekani kupunguza kwa kiasi kikubwa utendaji wa optoelectronic wa LED za bluu-kijani zenye msingi wa GaN, kwa hivyo substrates za yakuti bado ni substrates zinazotumika sana kwa LED zenye msingi wa GaN.
Kwa maendeleo ya matumizi mapya zaidi ya vifaa vya GaN kama vile leza au vifaa vingine vya nguvu vyenye msongamano mkubwa, kasoro za asili za substrate za yakuti zimezidi kuwa kikwazo katika matumizi yao. Zaidi ya hayo, kwa maendeleo ya teknolojia ya ukuaji wa substrate ya SiC, kupunguza gharama na ukomavu wa teknolojia ya epitaxial ya GaN kwenye substrate za Si, utafiti zaidi kuhusu kukuza tabaka za epitaxial za GaN kwenye substrate za yakuti umeonyesha polepole mwelekeo wa kupoeza.
GaN epitaksi kwenye SiC
Ikilinganishwa na yakuti, substrates za SiC (fuwele za 4H- na 6H) zina utofauti mdogo wa kimiani na tabaka za epitaxial za GaN (3.1%, sawa na filamu za epitaxial zinazoelekezwa [0001], upitishaji wa joto wa juu (karibu 3.8W*cm-1*K-1), n.k. Kwa kuongezea, upitishaji wa substrates za SiC pia huruhusu mawasiliano ya umeme kufanywa nyuma ya substrate, ambayo husaidia kurahisisha muundo wa kifaa. Kuwepo kwa faida hizi kumevutia watafiti wengi zaidi kufanya kazi kwenye epitaxy ya GaN kwenye substrates za kabidi ya silikoni.
Hata hivyo, kufanya kazi moja kwa moja kwenye substrates za SiC ili kuepuka kukuza epilayers za GaN pia kunakabiliwa na mfululizo wa hasara, ikiwa ni pamoja na yafuatayo:
✔ Ukali wa uso wa substrates za SiC ni mkubwa zaidi kuliko ule wa substrates za yakuti (ukali wa yakuti 0.1nm RMS, Ukali wa SiC 1nm RMS), substrates za SiC zina ugumu mkubwa na utendaji duni wa usindikaji, na ukali huu na uharibifu wa mabaki ya kung'arisha pia ni moja ya vyanzo vya kasoro katika epilayers za GaN.
✔ Msongamano wa skrubu za substrate za SiC ni wa juu (msongamano wa skrubu 103-104cm-2), skrubu za skrubu zinaweza kuenea hadi kwenye safu ya GaN na kupunguza utendaji wa kifaa;
✔ Mpangilio wa atomiki kwenye uso wa substrate husababisha uundaji wa makosa ya kupanga (BSFs) kwenye safu ya GaN. Kwa epitaxial GaN kwenye substrate za SiC, kuna mpangilio mwingi wa atomiki unaowezekana kwenye substrate, na kusababisha mpangilio usio sawa wa awali wa safu ya epitaxial GaN juu yake, ambayo inakabiliwa na makosa ya kupanga. Makosa ya kupanga (SFs) huanzisha sehemu za umeme zilizojengewa ndani kando ya mhimili wa c, na kusababisha matatizo kama vile uvujaji wa vifaa vya kutenganisha vya ndani ya ndege;
✔ Mgawo wa upanuzi wa joto wa substrate ya SiC ni mdogo kuliko ule wa AlN na GaN, ambao husababisha mkusanyiko wa mkazo wa joto kati ya safu ya epitaxial na substrate wakati wa mchakato wa kupoeza. Waltereit na Brand walitabiri kulingana na matokeo yao ya utafiti kwamba tatizo hili linaweza kupunguzwa au kutatuliwa kwa kukuza tabaka za epitaxial za GaN kwenye tabaka nyembamba na zenye mkazo wa AlN;
✔ Tatizo la unyevunyevu hafifu wa atomi za Ga. Wakati wa kukuza tabaka za epitaxial za GaN moja kwa moja kwenye uso wa SiC, kutokana na unyevunyevu hafifu kati ya atomi hizo mbili, GaN inakabiliwa na ukuaji wa kisiwa cha 3D kwenye uso wa substrate. Kuanzisha safu ya bafa ndio suluhisho linalotumika sana kuboresha ubora wa vifaa vya epitaxial katika epitaxy ya GaN. Kuanzisha safu ya bafa ya AlN au AlxGa1-xN kunaweza kuboresha unyevunyevu wa uso wa SiC na kufanya safu ya epitaxial ya GaN ikue katika vipimo viwili. Kwa kuongezea, inaweza pia kudhibiti mkazo na kuzuia kasoro za substrate kuenea hadi epitaxy ya GaN;
✔ Teknolojia ya utayarishaji wa substrate za SiC haijaiva, gharama ya substrate ni kubwa, na kuna wasambazaji wachache na usambazaji ni mdogo.
Utafiti wa Torres na wenzake unaonyesha kwamba kuchora substrate ya SiC kwa kutumia H2 kwenye halijoto ya juu (1600°C) kabla ya epitaxy kunaweza kutoa muundo wa hatua uliopangwa zaidi kwenye uso wa substrate, na hivyo kupata filamu ya epitaxial ya AlN yenye ubora wa juu kuliko inapopandwa moja kwa moja kwenye uso wa substrate asili. Utafiti wa Xie na timu yake pia unaonyesha kwamba kuchora kabla ya substrate ya kabidi ya silikoni kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa umbo la uso na ubora wa fuwele wa safu ya epitaxial ya GaN. Smith na wenzake waligundua kuwa kutengana kwa nyuzi zinazotokana na safu ya substrate/bafa na violesura vya safu ya bafa/safu ya epitaxial vinahusiana na ulalo wa substrate [5].
Mchoro 4 Mofolojia ya TEM ya sampuli za safu ya epitaxial ya GaN zilizopandwa kwenye substrate ya 6H-SiC (0001) chini ya hali tofauti za matibabu ya uso (a) kusafisha kemikali; (b) kusafisha kemikali + matibabu ya plasma ya hidrojeni; (c) kusafisha kemikali + matibabu ya plasma ya hidrojeni + matibabu ya joto ya hidrojeni ya 1300℃ kwa dakika 30
GaN epitaksi kwenye Si
Ikilinganishwa na kabidi ya silikoni, yakuti na substrate zingine, mchakato wa utayarishaji wa substrate ya silikoni umekomaa, na unaweza kutoa substrate kubwa zilizokomaa kwa utulivu zenye utendaji wa gharama kubwa. Wakati huo huo, upitishaji joto na upitishaji umeme ni mzuri, na mchakato wa kifaa cha kielektroniki cha Si umekomaa. Uwezekano wa kuunganisha kikamilifu vifaa vya optoelectronic GaN na vifaa vya kielektroniki vya Si katika siku zijazo pia hufanya ukuaji wa epitaxy ya GaN kwenye silikoni kuvutia sana.
Hata hivyo, kutokana na tofauti kubwa katika vigeu vya kimiani kati ya substrate ya Si na nyenzo ya GaN, epitaksia isiyo ya kawaida ya GaN kwenye substrate ya Si ni epitaksia kubwa isiyolingana, na pia inahitaji kukabiliwa na mfululizo wa matatizo:
✔ Tatizo la nishati ya kiolesura cha uso. GaN inapokua kwenye substrate ya Si, uso wa substrate ya Si kwanza utawekwa nitridi ili kuunda safu ya nitridi ya silikoni isiyo na umbo ambayo haifai kwa kiini na ukuaji wa GaN yenye msongamano mkubwa. Zaidi ya hayo, uso wa Si utagusa Ga kwanza, ambayo itaharibu uso wa substrate ya Si. Katika halijoto ya juu, mtengano wa uso wa Si utaenea kwenye safu ya epitaxial ya GaN ili kuunda madoa meusi ya silikoni.
✔ Utofauti wa mara kwa mara wa kimiani kati ya GaN na Si ni mkubwa (~17%), ambao utasababisha uundaji wa migawanyiko ya nyuzi zenye msongamano mkubwa na kupunguza kwa kiasi kikubwa ubora wa safu ya epitaxial;
✔ Ikilinganishwa na Si, GaN ina mgawo mkubwa wa upanuzi wa joto (mgawo wa upanuzi wa joto wa GaN ni takriban 5.6×10-6K-1, mgawo wa upanuzi wa joto wa Si ni takriban 2.6×10-6K-1), na nyufa zinaweza kutokea kwenye safu ya epitaxial ya GaN wakati wa kupoa kwa halijoto ya epitaxial hadi halijoto ya kawaida;
✔ Si humenyuka na NH3 kwenye halijoto ya juu ili kuunda SiNx ya polikristali. AlN haiwezi kuunda kiini kinachoelekezwa kwa upendeleo kwenye SiNx ya polikristali, ambayo husababisha mwelekeo usiofaa wa safu ya GaN iliyokua baadaye na idadi kubwa ya kasoro, na kusababisha ubora duni wa fuwele wa safu ya epitaxial ya GaN, na hata ugumu wa kuunda safu ya epitaxial ya GaN yenye fuwele moja [6].
Ili kutatua tatizo la kutolingana kwa kimiani kubwa, watafiti wamejaribu kuanzisha nyenzo kama vile AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, na SiC kama tabaka za bafa kwenye substrates za Si. Ili kuepuka uundaji wa SiNx ya poliklisto na kupunguza athari zake mbaya kwenye ubora wa fuwele wa nyenzo za GaN/AlN/Si (111), TAl kwa kawaida inahitajika kuletwa kwa kipindi fulani cha muda kabla ya ukuaji wa epitaxial wa safu ya bafa ya AlN ili kuzuia NH3 kuingiliana na uso wa Si ulio wazi ili kuunda SiNx. Kwa kuongezea, teknolojia za epitaxial kama vile teknolojia ya substrate yenye muundo zinaweza kutumika kuboresha ubora wa safu ya epitaxial. Ukuzaji wa teknolojia hizi husaidia kuzuia uundaji wa SiNx kwenye kiolesura cha epitaxial, kukuza ukuaji wa pande mbili wa safu ya epitaxial ya GaN, na kuboresha ubora wa ukuaji wa safu ya epitaxial. Kwa kuongezea, safu ya bafa ya AlN huletwa ili kufidia mkazo wa mvutano unaosababishwa na tofauti katika viashiria vya upanuzi wa joto ili kuepuka nyufa kwenye safu ya epitaxial ya GaN kwenye substrate ya silicon. Utafiti wa Krost unaonyesha kwamba kuna uhusiano chanya kati ya unene wa safu ya bafa ya AlN na kupungua kwa mkazo. Wakati unene wa safu ya bafa unafikia 12nm, safu ya epitaxial nene kuliko 6μm inaweza kupandwa kwenye substrate ya silikoni kupitia mpango unaofaa wa ukuaji bila safu ya epitaxial kupasuka.
Baada ya juhudi za muda mrefu za watafiti, ubora wa tabaka za epitaxial za GaN zinazopandwa kwenye substrates za silikoni umeboreshwa kwa kiasi kikubwa, na vifaa kama vile transistors za athari za uwanjani, vigunduzi vya ultraviolet vya kizuizi cha Schottky, LED za bluu-kijani na leza za ultraviolet vimepiga hatua kubwa.
Kwa muhtasari, kwa kuwa substrate za GaN epitaxial zinazotumika sana zote ni epitaxial isiyo ya kawaida, zote zinakabiliwa na matatizo ya kawaida kama vile kutolingana kwa kimiani na tofauti kubwa katika mgawo wa upanuzi wa joto kwa viwango tofauti. Substrate za GaN epitaxial zenye umbo la moja hupunguzwa na ukomavu wa teknolojia, na substrate bado hazijazalishwa kwa wingi. Gharama ya uzalishaji ni kubwa, ukubwa wa substrate ni mdogo, na ubora wa substrate si bora. Ukuzaji wa substrate mpya za GaN epitaxial na uboreshaji wa ubora wa epitaxial bado ni moja ya mambo muhimu yanayozuia maendeleo zaidi ya tasnia ya epitaxial ya GaN.
IV. Mbinu za kawaida za epitaksi ya GaN
MOCVD (uwekaji wa mvuke wa kemikali)
Inaonekana kwamba epitaksi sare kwenye substrates za GaN ndiyo chaguo bora kwa epitaksi ya GaN. Hata hivyo, kwa kuwa vitangulizi vya utuaji wa mvuke wa kemikali ni trimethylgallium na amonia, na gesi inayobeba ni hidrojeni, halijoto ya kawaida ya ukuaji wa MOCVD ni takriban 1000-1100℃, na kiwango cha ukuaji wa MOCVD ni takriban mikroni chache kwa saa. Inaweza kutoa miingiliano mikali katika kiwango cha atomiki, ambayo inafaa sana kwa ukuaji wa heterojunctions, visima vya quantum, superlattices na miundo mingine. Kiwango chake cha ukuaji wa haraka, usawa mzuri, na kufaa kwa ukuaji wa eneo kubwa na vipande vingi mara nyingi hutumiwa katika uzalishaji wa viwanda.
MBE (epitaksi ya boriti ya molekuli)
Katika epitaksi ya boriti ya molekuli, Ga hutumia chanzo cha elementi, na nitrojeni hai hupatikana kutoka kwa nitrojeni kupitia plasma ya RF. Ikilinganishwa na mbinu ya MOCVD, halijoto ya ukuaji wa MBE iko chini ya 350-400℃. Halijoto ya chini ya ukuaji inaweza kuepuka uchafuzi fulani ambao unaweza kusababishwa na mazingira ya halijoto ya juu. Mfumo wa MBE hufanya kazi chini ya utupu wa juu sana, ambao huruhusu kuunganisha mbinu zaidi za kugundua ndani. Wakati huo huo, kiwango chake cha ukuaji na uwezo wa uzalishaji haziwezi kulinganishwa na MOCVD, na hutumika zaidi katika utafiti wa kisayansi [7].
Mchoro 5 (a) mpangilio wa Eiko-MBE (b) mpangilio wa chemba kuu ya kiitikio cha MBE
Mbinu ya HVPE (epitaksi ya awamu ya mvuke wa hidridi)
Vitangulizi vya mbinu ya epitaksi ya awamu ya mvuke wa hidridi ni GaCl3 na NH3. Detchprohm na wenzake walitumia njia hii kukuza safu ya epitaksi ya GaN yenye unene wa mamia ya mikroni kwenye uso wa substrate ya yakuti. Katika jaribio lao, safu ya ZnO ilipandwa kati ya substrate ya yakuti na safu ya epitaksi kama safu ya bafa, na safu ya epitaksi iliondolewa kutoka kwenye uso wa substrate. Ikilinganishwa na MOCVD na MBE, sifa kuu ya mbinu ya HVPE ni kiwango chake cha juu cha ukuaji, ambacho kinafaa kwa ajili ya uzalishaji wa tabaka nene na vifaa vingi. Hata hivyo, wakati unene wa safu ya epitaksi unazidi 20μm, safu ya epitaksi inayozalishwa na njia hii huwa na nyufa.
Akira USUI ilianzisha teknolojia ya substrate yenye muundo kulingana na njia hii. Kwanza walikuza safu nyembamba ya epitaxial ya GaN yenye unene wa 1-1.5μm kwenye substrate ya yakuti kwa kutumia mbinu ya MOCVD. Safu ya epitaxial ilikuwa na safu ya bafa ya GaN yenye unene wa 20nm iliyokuzwa chini ya hali ya joto la chini na safu ya GaN iliyokuzwa chini ya hali ya joto la juu. Kisha, kwa 430℃, safu ya SiO2 ilibandikwa juu ya uso wa safu ya epitaxial, na mistari ya dirisha ilitengenezwa kwenye filamu ya SiO2 kwa kutumia photolithography. Nafasi ya mistari ilikuwa 7μm na upana wa barakoa ulikuwa kati ya 1μm hadi 4μm. Baada ya uboreshaji huu, walipata safu ya epitaxial ya GaN kwenye substrate ya yakuti yenye kipenyo cha inchi 2 ambayo haikuwa na nyufa na laini kama kioo hata wakati unene uliongezeka hadi makumi au hata mamia ya mikroni. Msongamano wa kasoro ulipunguzwa kutoka 109-1010cm-2 ya njia ya jadi ya HVPE hadi takriban 6×107cm-2. Pia walisema katika jaribio hilo kwamba wakati kiwango cha ukuaji kinapozidi 75μm/h, uso wa sampuli ungekuwa mgumu[8].
Mchoro 6 Mchoro wa Mchoro wa Kigezo
V. Muhtasari na Mtazamo
Nyenzo za GaN zilianza kuibuka mwaka wa 2014 wakati taa ya bluu ya LED iliposhinda Tuzo ya Nobel katika Fizikia mwaka huo, na kuingia katika uwanja wa umma wa matumizi ya kuchaji haraka katika uwanja wa vifaa vya elektroniki vya watumiaji. Kwa kweli, matumizi katika vipaza sauti vya nguvu na vifaa vya RF vinavyotumika katika vituo vya msingi vya 5G ambavyo watu wengi hawawezi kuona pia yameibuka kimya kimya. Katika miaka ya hivi karibuni, mafanikio ya vifaa vya nguvu vya magari vya kiwango cha GaN yanatarajiwa kufungua sehemu mpya za ukuaji kwa soko la matumizi ya nyenzo za GaN.
Mahitaji makubwa ya soko hakika yatakuza maendeleo ya viwanda na teknolojia zinazohusiana na GaN. Kwa ukomavu na uboreshaji wa mnyororo wa viwanda unaohusiana na GaN, matatizo yanayokabiliwa na teknolojia ya sasa ya epitaxial ya GaN hatimaye yataboreshwa au kutatuliwa. Katika siku zijazo, watu hakika wataendeleza teknolojia mpya zaidi za epitaxial na chaguo bora zaidi za substrate. Kufikia wakati huo, watu wataweza kuchagua teknolojia na substrate ya utafiti wa nje inayofaa zaidi kwa hali tofauti za matumizi kulingana na sifa za hali za matumizi, na kutoa bidhaa zilizobinafsishwa zenye ushindani zaidi.
Muda wa chapisho: Juni-28-2024