1. Üçüncü nesil yarı iletkenler
Birinci nesil yarı iletken teknolojisi, Si ve Ge gibi yarı iletken malzemeler temel alınarak geliştirilmiştir. Transistörlerin ve entegre devre teknolojisinin geliştirilmesinin malzeme temelini oluşturur. Birinci nesil yarı iletken malzemeler, 20. yüzyılda elektronik endüstrisinin temellerini atmış ve entegre devre teknolojisi için temel malzemeler olmuştur.
İkinci nesil yarı iletken malzemeler başlıca galyum arsenit, indiyum fosfit, alüminyum arsenit ve bunların üçlü bileşiklerini içerir. İkinci nesil yarı iletken malzemeler, optoelektronik bilgi endüstrisinin temelini oluşturmaktadır. Bu temel üzerinde, aydınlatma, ekran, lazer ve fotovoltaik gibi ilgili endüstriler geliştirilmiştir. Günümüz bilgi teknolojisi ve optoelektronik ekran endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin temsilci örnekleri arasında galyum nitrür ve silisyum karbür yer almaktadır. Geniş bant aralığı, yüksek elektron doygunluk sürüklenme hızı, yüksek termal iletkenlik ve yüksek kırılma alanı dayanımı nedeniyle, yüksek güç yoğunluğu, yüksek frekans ve düşük kayıplı elektronik cihazların hazırlanması için ideal malzemelerdir. Bunlar arasında, silisyum karbür güç cihazları yüksek enerji yoğunluğu, düşük enerji tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve yeni enerji araçları, fotovoltaik, demiryolu taşımacılığı, büyük veri ve diğer alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Galyum nitrür RF cihazları yüksek frekans, yüksek güç, geniş bant genişliği, düşük güç tüketimi ve küçük boyut avantajlarına sahiptir ve 5G iletişim, Nesnelerin İnterneti, askeri radar ve diğer alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Ayrıca, galyum nitrür tabanlı güç cihazları düşük voltaj alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, son yıllarda ortaya çıkan galyum oksit malzemelerinin mevcut SiC ve GaN teknolojileriyle teknik tamamlayıcılık oluşturması ve düşük frekans ve yüksek voltaj alanlarında potansiyel uygulama beklentilerine sahip olması beklenmektedir.
İkinci nesil yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, üçüncü nesil yarı iletken malzemeler daha geniş bant aralığına (birinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir örneği olan Si'nin bant aralığı yaklaşık 1,1 eV, ikinci nesil yarı iletken malzemenin tipik bir örneği olan GaAs'ın bant aralığı yaklaşık 1,42 eV ve üçüncü nesil yarı iletken malzemenin tipik bir örneği olan GaN'nin bant aralığı 2,3 eV'nin üzerindedir), daha güçlü radyasyon direncine, daha güçlü elektrik alan kırılmasına karşı dirence ve daha yüksek sıcaklık direncine sahiptir. Daha geniş bant aralığına sahip üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, özellikle radyasyona dayanıklı, yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve yüksek entegrasyon yoğunluklu elektronik cihazların üretimi için uygundur. Mikrodalga radyo frekans cihazları, LED'ler, lazerler, güç cihazları ve diğer alanlardaki uygulamaları büyük ilgi çekmiş ve mobil iletişim, akıllı şebekeler, raylı ulaşım, yeni enerji araçları, tüketici elektroniği ve ultraviyole ve mavi-yeşil ışık cihazlarında geniş gelişim potansiyeli göstermiştir [1].
Görsel kaynağı: CASA, Zheshang Menkul Kıymetler Araştırma Enstitüsü
Şekil 1 GaN güç cihazı zaman ölçeği ve tahmini
II. GaN malzemesinin yapısı ve özellikleri
GaN, doğrudan bant aralıklı bir yarı iletkendir. Oda sıcaklığında wurtzit yapısının bant aralığı genişliği yaklaşık 3,26 eV'dir. GaN malzemelerinin üç ana kristal yapısı vardır: wurtzit yapısı, sfalerit yapısı ve kaya tuzu yapısı. Bunlar arasında wurtzit yapısı en kararlı kristal yapıdır. Şekil 2, GaN'nin altıgen wurtzit yapısının bir diyagramıdır. GaN malzemesinin wurtzit yapısı, altıgen sıkı paketlenmiş bir yapıya aittir. Her birim hücrede 6 N atomu ve 6 Ga atomu olmak üzere 12 atom bulunur. Her Ga (N) atomu, en yakın 4 N (Ga) atomuyla bağ oluşturur ve [0001] yönü boyunca ABABAB… sırasına göre istiflenir [2].
Şekil 2 Wurtzit yapılı GaN kristal hücre diyagramı
III. GaN epitaksisi için yaygın olarak kullanılan alt tabakalar
GaN alt tabakalar üzerinde homojen epitaksi, GaN epitaksi için en iyi seçenek gibi görünmektedir. Bununla birlikte, GaN'nin büyük bağ enerjisi nedeniyle, sıcaklık 2500℃'lik erime noktasına ulaştığında, karşılık gelen ayrışma basıncı yaklaşık 4,5 GPa'dır. Ayrışma basıncı bu basınçtan düşük olduğunda, GaN erimez, doğrudan ayrışır. Bu durum, Czochralski yöntemi gibi olgunlaşmış alt tabaka hazırlama teknolojilerini GaN tek kristal alt tabakalarının hazırlanması için uygunsuz hale getirir ve GaN alt tabakalarının seri üretimini zorlaştırır ve maliyetli kılar. Bu nedenle, GaN epitaksiyel büyümesinde yaygın olarak kullanılan alt tabakalar esas olarak Si, SiC, safir vb.dir [3].
Grafik 3 GaN ve yaygın olarak kullanılan altlık malzemelerinin parametreleri
Safir üzerine GaN epitaksi
Safir, kararlı kimyasal özelliklere sahip, ucuz ve büyük ölçekli üretim endüstrisi açısından yüksek olgunluğa ulaşmış bir malzemedir. Bu nedenle, yarı iletken cihaz mühendisliğinde en eski ve en yaygın kullanılan alt tabaka malzemelerinden biri haline gelmiştir. GaN epitaksi için yaygın olarak kullanılan alt tabakalardan biri olarak, safir alt tabakalar için çözülmesi gereken başlıca sorunlar şunlardır:
✔ Safir (Al2O3) ve GaN arasındaki büyük kafes uyumsuzluğu (yaklaşık %15) nedeniyle, epitaksiyel katman ile alt tabaka arasındaki arayüzde kusur yoğunluğu çok yüksektir. Olumsuz etkilerini azaltmak için, epitaksi işlemine başlamadan önce alt tabaka karmaşık bir ön işlemden geçirilmelidir. Safir alt tabakalar üzerine GaN epitaksisi büyütmeden önce, alt tabaka yüzeyi öncelikle kirleticileri, artık parlatma hasarlarını vb. gidermek ve basamaklar ve basamak yüzey yapıları oluşturmak için titizlikle temizlenmelidir. Daha sonra, epitaksiyel katmanın ıslatma özelliklerini değiştirmek için alt tabaka yüzeyi nitrürlenir. Son olarak, alt tabaka yüzeyine ince bir AlN tampon katmanı (genellikle 10-100 nm kalınlığında) biriktirilmeli ve son epitaksiyel büyüme için hazırlık amacıyla düşük sıcaklıkta tavlanmalıdır. Bununla birlikte, safir alt tabakalar üzerine yetiştirilen GaN epitaksiyel filmlerdeki dislokasyon yoğunluğu, homoepitaksiyel filmlerinkinden hala daha yüksektir (silikon homoepitaksiyel filmlerde veya galyum arsenit homoepitaksiyel filmlerde esasen sıfır dislokasyon yoğunluğuna veya 102 ile 104 cm-2 arasında bir değere kıyasla yaklaşık 1010 cm-2). Daha yüksek kusur yoğunluğu, taşıyıcı hareketliliğini azaltır, böylece azınlık taşıyıcı ömrünü kısaltır ve termal iletkenliği azaltır; bunların hepsi cihaz performansını düşürecektir [4];
✔ Safirin termal genleşme katsayısı GaN'ninkinden daha büyüktür, bu nedenle biriktirme sıcaklığından oda sıcaklığına soğutma işlemi sırasında epitaksiyel katmanda çift eksenli sıkıştırma gerilimi oluşacaktır. Daha kalın epitaksiyel filmler için bu gerilim, filmin veya hatta alt tabakanın çatlamasına neden olabilir;
✔ Diğer alt tabakalara kıyasla, safir alt tabakaların ısı iletkenliği daha düşüktür (100℃'de yaklaşık 0,25 W*cm-1*K-1) ve ısı dağıtım performansı zayıftır;
✔ Düşük iletkenliği nedeniyle, safir alt tabakalar diğer yarı iletken cihazlarla entegrasyon ve uygulamaları için uygun değildir.
Safir alt tabakalar üzerine yetiştirilen GaN epitaksiyel katmanlarının kusur yoğunluğu yüksek olmasına rağmen, bu durum GaN tabanlı mavi-yeşil LED'lerin optoelektronik performansını önemli ölçüde azaltmıyor gibi görünüyor; bu nedenle safir alt tabakalar, GaN tabanlı LED'ler için hala yaygın olarak kullanılan alt tabakalardır.
Lazerler veya diğer yüksek yoğunluklu güç cihazları gibi GaN cihazlarının daha fazla yeni uygulamasının geliştirilmesiyle birlikte, safir alt tabakaların doğal kusurları, uygulamalarında giderek artan bir sınırlama haline gelmiştir. Buna ek olarak, SiC alt tabaka büyüme teknolojisinin gelişmesi, maliyet düşüşü ve Si alt tabakalar üzerinde GaN epitaksiyel teknolojisinin olgunlaşmasıyla birlikte, safir alt tabakalar üzerinde GaN epitaksiyel katmanlarının büyütülmesi üzerine yapılan araştırmalar giderek azalma eğilimi göstermektedir.
SiC üzerinde GaN epitaksisi
Safir ile karşılaştırıldığında, SiC alt tabakalar (4H ve 6H kristalleri), GaN epitaksiyel katmanlarıyla daha küçük bir kafes uyumsuzluğuna (%3,1, [0001] yönelimli epitaksiyel filmlere eşdeğer), daha yüksek termal iletkenliğe (yaklaşık 3,8 W*cm-1*K-1) vb. sahiptir. Ayrıca, SiC alt tabakaların iletkenliği, alt tabakanın arka tarafında elektriksel temasların yapılmasını da mümkün kılar ve bu da cihaz yapısını basitleştirmeye yardımcı olur. Bu avantajların varlığı, giderek daha fazla araştırmacıyı silisyum karbür alt tabakalar üzerinde GaN epitaksisi üzerine çalışmaya yöneltmiştir.
Ancak, GaN epitabakalarının yetiştirilmesinden kaçınmak için doğrudan SiC alt tabakalar üzerinde çalışmanın da bir dizi dezavantajı vardır; bunlar arasında şunlar yer almaktadır:
✔ SiC alt tabakaların yüzey pürüzlülüğü safir alt tabakalara göre çok daha yüksektir (safir pürüzlülüğü 0,1 nm RMS, SiC pürüzlülüğü 1 nm RMS), SiC alt tabakalar yüksek sertliğe ve düşük işleme performansına sahiptir ve bu pürüzlülük ve artık parlatma hasarı, GaN epitabakalarındaki kusurların kaynaklarından biridir.
✔ SiC alt tabakaların vida dislokasyon yoğunluğu yüksektir (dislokasyon yoğunluğu 103-104cm-2), vida dislokasyonları GaN epitabakasına yayılabilir ve cihaz performansını düşürebilir;
✔ Yüzeydeki atomik düzenleme, GaN epitaksiyel tabakasında istifleme hatalarının (BSF'ler) oluşmasına neden olur. SiC alt tabakalar üzerinde epitaksiyel GaN için, alt tabakada birden fazla olası atomik düzenleme sırası vardır; bu da epitaksiyel GaN tabakasının tutarsız başlangıç atomik istifleme sırasına yol açarak istifleme hatalarına yatkın hale getirir. İstifleme hataları (SF'ler), c ekseni boyunca yerleşik elektrik alanları oluşturarak düzlem içi taşıyıcı ayrıştırma cihazlarında sızıntı gibi sorunlara yol açar;
✔ SiC alt tabakasının termal genleşme katsayısı AlN ve GaN'den daha küçüktür; bu da soğutma işlemi sırasında epitaksiyel katman ile alt tabaka arasında termal gerilim birikmesine neden olur. Waltereit ve Brand, araştırma sonuçlarına dayanarak, bu sorunun ince, uyumlu şekilde gerilmiş AlN çekirdeklenme katmanları üzerine GaN epitaksiyel katmanları büyütülerek hafifletilebileceğini veya çözülebileceğini öngördüler;
✔ Ga atomlarının zayıf ıslatılabilirliği sorunu. GaN epitaksiyel katmanları doğrudan SiC yüzeyine büyütüldüğünde, iki atom arasındaki zayıf ıslatılabilirlik nedeniyle GaN, alt tabaka yüzeyinde 3 boyutlu ada büyümesine eğilimlidir. GaN epitaksisinde epitaksiyel malzemelerin kalitesini iyileştirmek için en yaygın kullanılan çözüm, bir tampon katman eklemektir. Bir AlN veya AlxGa1-xN tampon katmanı eklemek, SiC yüzeyinin ıslatılabilirliğini etkili bir şekilde iyileştirebilir ve GaN epitaksiyel katmanının iki boyutlu olarak büyümesini sağlayabilir. Ek olarak, gerilimi düzenleyebilir ve alt tabaka kusurlarının GaN epitaksisine yayılmasını önleyebilir;
✔ SiC alt tabakaların üretim teknolojisi henüz olgunlaşmamış, alt tabaka maliyeti yüksek ve tedarikçi sayısı az, arz da yetersiz.
Torres ve diğerlerinin araştırması, epitaksi öncesinde SiC alt tabakasının yüksek sıcaklıkta (1600°C) H2 ile aşındırılmasının, alt tabaka yüzeyinde daha düzenli bir basamak yapısı oluşturabileceğini ve böylece orijinal alt tabaka yüzeyinde doğrudan büyütüldüğünde elde edilenden daha yüksek kalitede bir AlN epitaksiyel film elde edilebileceğini göstermektedir. Xie ve ekibinin araştırması ayrıca, silisyum karbür alt tabakasının aşındırma ön işleminin, GaN epitaksiyel tabakasının yüzey morfolojisini ve kristal kalitesini önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermektedir. Smith ve diğerleri, alt tabaka/tampon tabaka ve tampon tabaka/epitaksiyel tabaka arayüzlerinden kaynaklanan iplikli dislokasyonların alt tabakanın düzlüğü ile ilişkili olduğunu bulmuşlardır [5].
Şekil 4. Farklı yüzey işleme koşulları altında 6H-SiC alt tabaka (0001) üzerine yetiştirilen GaN epitaksiyel tabaka örneklerinin TEM morfolojisi: (a) kimyasal temizleme; (b) kimyasal temizleme + hidrojen plazma işlemi; (c) kimyasal temizleme + hidrojen plazma işlemi + 30 dakika boyunca 1300℃ hidrojen ısıtma işlemi
Si üzerinde GaN epitaksisi
Silisyum karbür, safir ve diğer alt tabakalara kıyasla, silikon alt tabaka hazırlama süreci olgunlaşmıştır ve yüksek maliyet performansıyla istikrarlı bir şekilde büyük boyutlu alt tabakalar sağlayabilir. Aynı zamanda, termal iletkenliği ve elektriksel iletkenliği iyidir ve Si elektronik cihaz süreci olgunlaşmıştır. Gelecekte optoelektronik GaN cihazlarının Si elektronik cihazlarla mükemmel bir şekilde entegre edilebilme olasılığı da GaN epitaksisinin silikon üzerinde büyümesini oldukça cazip kılmaktadır.
Ancak, Si alt tabaka ile GaN malzemesi arasındaki kafes sabitlerindeki büyük fark nedeniyle, Si alt tabaka üzerinde GaN'nin heterojen epitaksisi tipik bir büyük uyumsuzluk epitaksisidir ve ayrıca bir dizi sorunla da karşı karşıyadır:
✔ Yüzey arayüzü enerji problemi. GaN, Si alt tabaka üzerinde büyüdüğünde, Si alt tabakanın yüzeyi önce nitrürlenerek yüksek yoğunluklu GaN'nin çekirdeklenmesi ve büyümesi için elverişli olmayan amorf bir silisyum nitrür tabakası oluşturur. Ek olarak, Si yüzeyi önce Ga ile temas eder ve bu da Si alt tabakanın yüzeyini aşındırır. Yüksek sıcaklıklarda, Si yüzeyinin ayrışması GaN epitaksiyel tabakasına yayılır ve siyah silisyum lekeleri oluşturur.
✔ GaN ve Si arasındaki kafes sabiti uyumsuzluğu büyüktür (~%17), bu da yüksek yoğunluklu iplik benzeri dislokasyonların oluşmasına ve epitaksiyel katmanın kalitesinin önemli ölçüde azalmasına yol açacaktır;
✔ Si ile karşılaştırıldığında, GaN'nin termal genleşme katsayısı daha büyüktür (GaN'nin termal genleşme katsayısı yaklaşık 5,6×10⁻⁶K⁻¹, Si'nin termal genleşme katsayısı yaklaşık 2,6×10⁻⁶K⁻¹'dir) ve epitaksiyel sıcaklığın oda sıcaklığına soğutulması sırasında GaN epitaksiyel tabakasında çatlaklar oluşabilir;
✔ Si, yüksek sıcaklıklarda NH3 ile reaksiyona girerek polikristalin SiNx oluşturur. AlN, polikristalin SiNx üzerinde tercihli olarak yönlendirilmiş bir çekirdek oluşturamaz; bu da daha sonra büyütülen GaN katmanının düzensiz bir yönelimine ve çok sayıda kusura yol açarak GaN epitaksiyel katmanının kristal kalitesinin düşük olmasına ve hatta tek kristalli GaN epitaksiyel katmanının oluşturulmasında zorluğa neden olur [6].
Büyük kafes uyumsuzluğu sorununu çözmek için araştırmacılar, Si alt tabakalar üzerine tampon katman olarak AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO ve SiC gibi malzemeleri kullanmayı denemişlerdir. Polikristalin SiNx oluşumunu önlemek ve GaN/AlN/Si (111) malzemelerinin kristal kalitesi üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak için, AlN tampon katmanının epitaksiyel büyümesinden önce belirli bir süre boyunca TMAl'nin eklenmesi genellikle gereklidir; bu sayede NH3'ün açıkta kalan Si yüzeyiyle reaksiyona girerek SiNx oluşturması engellenir. Ayrıca, epitaksiyel katmanın kalitesini iyileştirmek için desenli alt tabaka teknolojisi gibi epitaksiyel teknolojiler kullanılabilir. Bu teknolojilerin geliştirilmesi, epitaksiyel arayüzde SiNx oluşumunu engellemeye, GaN epitaksiyel katmanının iki boyutlu büyümesini teşvik etmeye ve epitaksiyel katmanın büyüme kalitesini iyileştirmeye yardımcı olur. Ek olarak, silikon alt tabaka üzerindeki GaN epitaksiyel tabakasında çatlakları önlemek için termal genleşme katsayılarındaki farktan kaynaklanan çekme gerilimini telafi etmek amacıyla bir AlN tampon tabakası eklenmiştir. Krost'un araştırması, AlN tampon tabakasının kalınlığı ile gerilimdeki azalma arasında pozitif bir ilişki olduğunu göstermektedir. Tampon tabaka kalınlığı 12 nm'ye ulaştığında, uygun bir büyüme şemasıyla silikon alt tabaka üzerinde 6 μm'den daha kalın bir epitaksiyel tabaka, epitaksiyel tabakada çatlama olmadan büyütülebilir.
Araştırmacıların uzun süreli çabaları sonucunda, silikon alt tabakalar üzerine yetiştirilen GaN epitaksiyel katmanlarının kalitesi önemli ölçüde iyileştirildi ve alan etkili transistörler, Schottky bariyerli ultraviyole dedektörleri, mavi-yeşil LED'ler ve ultraviyole lazerler gibi cihazlarda önemli ilerlemeler kaydedildi.
Özetle, yaygın olarak kullanılan GaN epitaksiyel alt tabakaların tamamı heterojen epitaksi olduğundan, kafes uyumsuzluğu ve değişen derecelerde termal genleşme katsayılarındaki büyük farklılıklar gibi ortak sorunlarla karşı karşıyadırlar. Homojen epitaksiyel GaN alt tabakalar ise teknolojinin olgunluğuyla sınırlıdır ve henüz seri üretime geçilmemiştir. Üretim maliyeti yüksektir, alt tabaka boyutu küçüktür ve alt tabaka kalitesi ideal değildir. Yeni GaN epitaksiyel alt tabakaların geliştirilmesi ve epitaksiyel kalitenin iyileştirilmesi, GaN epitaksiyel endüstrisinin daha da gelişmesini kısıtlayan önemli faktörlerden biridir.
IV. GaN epitaksisi için yaygın yöntemler
MOCVD (kimyasal buhar biriktirme)
GaN alt tabakalar üzerinde homojen epitaksi, GaN epitaksi için en iyi seçenek gibi görünüyor. Bununla birlikte, kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) öncülleri trimetilgalyum ve amonyak, taşıyıcı gaz ise hidrojen olduğundan, tipik MOCVD büyüme sıcaklığı yaklaşık 1000-1100℃'dir ve MOCVD'nin büyüme hızı saatte birkaç mikron civarındadır. Atomik düzeyde dik arayüzler üretebilir, bu da heterojunctionlar, kuantum kuyuları, süper kafesler ve diğer yapıların büyümesi için çok uygundur. Hızlı büyüme hızı, iyi homojenliği ve geniş alanlı ve çok parçalı büyümeye uygunluğu, endüstriyel üretimde sıklıkla kullanılmaktadır.
MBE (moleküler ışın epitaksisi)
Moleküler ışın epitaksisinde, Ga elementel bir kaynak kullanır ve aktif azot, RF plazma yoluyla azottan elde edilir. MOCVD yöntemiyle karşılaştırıldığında, MBE büyüme sıcaklığı yaklaşık 350-400℃ daha düşüktür. Daha düşük büyüme sıcaklığı, yüksek sıcaklık ortamlarının neden olabileceği bazı kirliliklerden kaçınmayı sağlar. MBE sistemi ultra yüksek vakum altında çalışır, bu da daha fazla yerinde tespit yönteminin entegre edilmesine olanak tanır. Aynı zamanda, büyüme hızı ve üretim kapasitesi MOCVD ile karşılaştırılamaz ve daha çok bilimsel araştırmalarda kullanılır [7].
Şekil 5 (a) Eiko-MBE şeması (b) MBE ana reaksiyon odası şeması
HVPE yöntemi (hidrit buhar fazlı epitaksi)
Hidrit buhar fazlı epitaksi yönteminin öncülleri GaCl3 ve NH3'tür. Detchprohm ve arkadaşları bu yöntemi kullanarak safir alt tabakanın yüzeyinde yüzlerce mikron kalınlığında bir GaN epitaksiyel tabakası büyüttüler. Deneylerinde, safir alt tabaka ile epitaksiyel tabaka arasına tampon tabaka olarak bir ZnO tabakası büyütüldü ve epitaksiyel tabaka alt tabaka yüzeyinden soyuldu. MOCVD ve MBE ile karşılaştırıldığında, HVPE yönteminin ana özelliği, kalın tabakaların ve yığın malzemelerin üretimi için uygun olan yüksek büyüme hızıdır. Bununla birlikte, epitaksiyel tabakanın kalınlığı 20 μm'yi aştığında, bu yöntemle üretilen epitaksiyel tabaka çatlamaya eğilimlidir.
Akira USUI, bu yönteme dayalı desenli alt tabaka teknolojisini tanıttı. İlk olarak, MOCVD yöntemi kullanarak safir alt tabaka üzerine 1-1,5 μm kalınlığında ince bir GaN epitaksiyel tabaka büyüttüler. Epitaksiyel tabaka, düşük sıcaklık koşullarında büyütülen 20 nm kalınlığında bir GaN tampon tabakası ve yüksek sıcaklık koşullarında büyütülen bir GaN tabakasından oluşuyordu. Daha sonra, 430℃'de, epitaksiyel tabakanın yüzeyine bir SiO2 tabakası kaplandı ve fotolitografi ile SiO2 filmi üzerine pencere şeritleri oluşturuldu. Şerit aralığı 7 μm ve maske genişliği 1 μm ile 4 μm arasında değişiyordu. Bu iyileştirmeden sonra, 2 inç çapında bir safir alt tabaka üzerinde, kalınlığı onlarca hatta yüzlerce mikrona kadar arttığında bile çatlak içermeyen ve ayna gibi pürüzsüz bir GaN epitaksiyel tabaka elde ettiler. Kusur yoğunluğu, geleneksel HVPE yönteminin 109-1010cm-2 değerinden yaklaşık 6×107cm-2 değerine düşürüldü. Deneyde ayrıca büyüme hızı 75μm/h'yi aştığında numune yüzeyinin pürüzlü hale geldiğini de belirttiler[8].
Şekil 6 Grafiksel Alt Tabaka Şeması
V. Özet ve Gelecek Perspektifleri
GaN malzemeleri, mavi ışıklı LED'in 2014 yılında Fizik Nobel Ödülü'nü kazanmasıyla ortaya çıkmaya başladı ve tüketici elektroniği alanında hızlı şarj uygulamalarında kamuoyunun dikkatini çekti. Aslında, çoğu insanın göremediği 5G baz istasyonlarında kullanılan güç amplifikatörleri ve RF cihazlarındaki uygulamalar da sessizce ortaya çıktı. Son yıllarda, GaN tabanlı otomotiv sınıfı güç cihazlarındaki atılımın, GaN malzeme uygulama pazarı için yeni büyüme noktaları açması bekleniyor.
Büyük pazar talebi, GaN ile ilgili endüstrilerin ve teknolojilerin gelişimini kesinlikle teşvik edecektir. GaN ile ilgili endüstriyel zincirin olgunlaşması ve gelişmesiyle, mevcut GaN epitaksiyel teknolojisinin karşılaştığı sorunlar zamanla iyileştirilecek veya aşılacaktır. Gelecekte, insanlar kesinlikle daha fazla yeni epitaksiyel teknoloji ve daha mükemmel alt tabaka seçenekleri geliştireceklerdir. O zamana kadar, insanlar uygulama senaryolarının özelliklerine göre farklı uygulama senaryoları için en uygun dış araştırma teknolojisini ve alt tabakayı seçebilecek ve en rekabetçi özelleştirilmiş ürünleri üretebileceklerdir.
Yayın tarihi: 28 Haz-2024