1. Chất bán dẫn thế hệ thứ ba
Công nghệ bán dẫn thế hệ đầu tiên được phát triển dựa trên các vật liệu bán dẫn như Si và Ge. Đây là nền tảng vật liệu cho sự phát triển của bóng bán dẫn và công nghệ mạch tích hợp. Các vật liệu bán dẫn thế hệ đầu tiên đã đặt nền móng cho ngành công nghiệp điện tử trong thế kỷ 20 và là vật liệu cơ bản cho công nghệ mạch tích hợp.
Các vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai chủ yếu bao gồm gali arsenua, indi photphua, gali photphua, indi arsenua, nhôm arsenua và các hợp chất tam phân của chúng. Các vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai là nền tảng của ngành công nghiệp thông tin quang điện tử. Trên cơ sở đó, các ngành công nghiệp liên quan như chiếu sáng, màn hình, laser và quang điện đã được phát triển. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thông tin hiện đại và ngành công nghiệp màn hình quang điện tử.
Các vật liệu tiêu biểu của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba bao gồm gallium nitride và silicon carbide. Nhờ có dải năng lượng rộng, tốc độ trôi bão hòa điện tử cao, độ dẫn nhiệt cao và cường độ điện trường đánh thủng cao, chúng là những vật liệu lý tưởng để chế tạo các thiết bị điện tử có mật độ công suất cao, tần số cao và tổn hao thấp. Trong đó, các thiết bị điện silicon carbide có ưu điểm là mật độ năng lượng cao, tiêu thụ năng lượng thấp và kích thước nhỏ, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong xe năng lượng mới, quang điện, vận tải đường sắt, dữ liệu lớn và các lĩnh vực khác. Các thiết bị RF gallium nitride có ưu điểm là tần số cao, công suất cao, băng thông rộng, tiêu thụ điện năng thấp và kích thước nhỏ, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong truyền thông 5G, Internet vạn vật, radar quân sự và các lĩnh vực khác. Ngoài ra, các thiết bị điện dựa trên gallium nitride đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện áp thấp. Thêm vào đó, trong những năm gần đây, các vật liệu gallium oxide mới nổi được kỳ vọng sẽ tạo nên sự bổ sung về mặt kỹ thuật với các công nghệ SiC và GaN hiện có, và có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực tần số thấp và điện áp cao.
So với vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai, vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba có độ rộng vùng cấm lớn hơn (độ rộng vùng cấm của Si, một vật liệu điển hình của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ nhất, là khoảng 1,1 eV, độ rộng vùng cấm của GaAs, một vật liệu điển hình của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai, là khoảng 1,42 eV, và độ rộng vùng cấm của GaN, một vật liệu điển hình của vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba, là trên 2,3 eV), khả năng chống bức xạ mạnh hơn, khả năng chống lại sự phá vỡ điện trường mạnh hơn và khả năng chịu nhiệt cao hơn. Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba với độ rộng vùng cấm lớn hơn đặc biệt thích hợp cho việc sản xuất các thiết bị điện tử chống bức xạ, tần số cao, công suất cao và mật độ tích hợp cao. Ứng dụng của chúng trong các thiết bị tần số vô tuyến vi sóng, đèn LED, laser, thiết bị điện và các lĩnh vực khác đã thu hút nhiều sự chú ý và chúng đã cho thấy triển vọng phát triển rộng lớn trong truyền thông di động, lưới điện thông minh, vận tải đường sắt, xe năng lượng mới, điện tử tiêu dùng và các thiết bị ánh sáng cực tím và xanh lam [1].
Nguồn ảnh: CASA, Viện Nghiên cứu Chứng khoán Chiết Giang
Hình 1. Quy mô thời gian và dự báo của thiết bị điện GaN.
II. Cấu trúc và đặc tính vật liệu GaN
GaN là chất bán dẫn có khe năng lượng trực tiếp. Độ rộng khe năng lượng của cấu trúc wurtzite ở nhiệt độ phòng là khoảng 3,26 eV. Vật liệu GaN có ba cấu trúc tinh thể chính, đó là cấu trúc wurtzite, cấu trúc sphalerite và cấu trúc muối đá. Trong số đó, cấu trúc wurtzite là cấu trúc tinh thể ổn định nhất. Hình 2 là sơ đồ cấu trúc wurtzite lục giác của GaN. Cấu trúc wurtzite của vật liệu GaN thuộc về cấu trúc đóng gói chặt lục giác. Mỗi ô đơn vị có 12 nguyên tử, bao gồm 6 nguyên tử N và 6 nguyên tử Ga. Mỗi nguyên tử Ga (N) tạo liên kết với 4 nguyên tử N (Ga) gần nhất và được xếp chồng theo thứ tự ABABAB… dọc theo hướng [0001] [2].
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc tinh thể GaN dạng Wurtzite.
III. Các chất nền thường được sử dụng cho quá trình epitaxy GaN.
Có vẻ như phương pháp epitaxy đồng nhất trên chất nền GaN là lựa chọn tốt nhất cho quá trình epitaxy GaN. Tuy nhiên, do năng lượng liên kết lớn của GaN, khi nhiệt độ đạt đến điểm nóng chảy 2500℃, áp suất phân hủy tương ứng của nó vào khoảng 4,5GPa. Khi áp suất phân hủy thấp hơn áp suất này, GaN không nóng chảy mà phân hủy trực tiếp. Điều này khiến các công nghệ chuẩn bị chất nền tiên tiến như phương pháp Czochralski không phù hợp để chuẩn bị chất nền tinh thể đơn GaN, khiến chất nền GaN khó sản xuất hàng loạt và tốn kém. Do đó, các chất nền thường được sử dụng trong quá trình tăng trưởng epitaxy GaN chủ yếu là Si, SiC, sapphire, v.v. [3].
Biểu đồ 3: GaN và các thông số của vật liệu nền thường dùng.
Lớp màng GaN trên sapphire
Sapphire có tính chất hóa học ổn định, giá thành rẻ và ngành công nghiệp sản xuất quy mô lớn đã phát triển mạnh. Do đó, nó đã trở thành một trong những vật liệu nền được sử dụng sớm nhất và rộng rãi nhất trong kỹ thuật thiết bị bán dẫn. Là một trong những chất nền thường được sử dụng cho quá trình epitaxy GaN, những vấn đề chính cần giải quyết đối với chất nền sapphire là:
✔ Do sự không tương thích mạng tinh thể lớn giữa sapphire (Al2O3) và GaN (khoảng 15%), mật độ khuyết tật tại giao diện giữa lớp màng mỏng và chất nền rất cao. Để giảm thiểu tác động bất lợi này, chất nền phải được xử lý sơ bộ phức tạp trước khi bắt đầu quá trình epitaxy. Trước khi nuôi cấy GaN trên chất nền sapphire, bề mặt chất nền trước tiên phải được làm sạch kỹ lưỡng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm, hư hại do đánh bóng còn sót lại, v.v., và để tạo ra các bậc thang và cấu trúc bề mặt bậc thang. Sau đó, bề mặt chất nền được nitriding để thay đổi tính chất thấm ướt của lớp màng mỏng. Cuối cùng, một lớp đệm AlN mỏng (thường dày 10-100nm) cần được lắng đọng trên bề mặt chất nền và ủ ở nhiệt độ thấp để chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy epitaxy cuối cùng. Tuy nhiên, mật độ sai lệch trong màng mỏng GaN được nuôi cấy trên chất nền sapphire vẫn cao hơn so với màng mỏng đồng epitaxy (khoảng 1010cm-2, so với mật độ sai lệch gần như bằng không trong màng mỏng silicon đồng epitaxy hoặc màng mỏng gallium arsenide đồng epitaxy, hoặc từ 102 đến 104cm-2). Mật độ khuyết tật cao hơn làm giảm khả năng di chuyển của hạt tải điện, do đó rút ngắn thời gian sống của hạt tải điện thiểu số và giảm độ dẫn nhiệt, tất cả những điều này sẽ làm giảm hiệu suất của thiết bị [4];
✔ Hệ số giãn nở nhiệt của sapphire lớn hơn so với GaN, do đó ứng suất nén hai chiều sẽ được tạo ra trong lớp màng mỏng trong quá trình làm nguội từ nhiệt độ lắng đọng xuống nhiệt độ phòng. Đối với các lớp màng mỏng dày hơn, ứng suất này có thể gây nứt màng hoặc thậm chí cả chất nền;
✔ So với các chất nền khác, độ dẫn nhiệt của chất nền sapphire thấp hơn (khoảng 0,25W*cm-1*K-1 ở 100℃), và hiệu suất tản nhiệt kém;
✔ Do tính dẫn điện kém, chất nền sapphire không thuận lợi cho việc tích hợp và ứng dụng với các thiết bị bán dẫn khác.
Mặc dù mật độ khuyết tật của các lớp màng GaN mọc trên chất nền sapphire khá cao, nhưng dường như nó không làm giảm đáng kể hiệu suất quang điện của đèn LED xanh lam-xanh lục dựa trên GaN, do đó chất nền sapphire vẫn thường được sử dụng cho đèn LED dựa trên GaN.
Với sự phát triển của nhiều ứng dụng mới cho các thiết bị GaN như laser hoặc các thiết bị công suất mật độ cao khác, những khuyết tật vốn có của chất nền sapphire ngày càng trở thành một hạn chế đối với ứng dụng của chúng. Ngoài ra, với sự phát triển của công nghệ nuôi cấy chất nền SiC, việc giảm chi phí và sự hoàn thiện của công nghệ nuôi cấy màng mỏng GaN trên chất nền Si, nghiên cứu về nuôi cấy lớp màng mỏng GaN trên chất nền sapphire đang dần có xu hướng giảm.
Lớp màng GaN trên SiC
So với sapphire, chất nền SiC (tinh thể 4H và 6H) có độ lệch mạng tinh thể nhỏ hơn với lớp màng GaN mọc trên nền silicon carbide (3,1%, tương đương với màng mọc định hướng [0001]), độ dẫn nhiệt cao hơn (khoảng 3,8W*cm⁻¹*K⁻¹), v.v. Ngoài ra, độ dẫn điện của chất nền SiC cũng cho phép tạo các tiếp điểm điện ở mặt sau của chất nền, giúp đơn giản hóa cấu trúc thiết bị. Sự tồn tại của những ưu điểm này đã thu hút ngày càng nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc nghiên cứu màng GaN mọc trên chất nền silicon carbide.
Tuy nhiên, việc làm việc trực tiếp trên chất nền SiC để tránh việc nuôi cấy lớp màng GaN cũng gặp phải một loạt nhược điểm, bao gồm:
✔ Độ nhám bề mặt của chất nền SiC cao hơn nhiều so với chất nền sapphire (độ nhám sapphire 0,1nm RMS, độ nhám SiC 1nm RMS), chất nền SiC có độ cứng cao và hiệu suất gia công kém, và độ nhám này cùng với hư hỏng do đánh bóng còn sót lại cũng là một trong những nguồn gây ra khuyết tật trong các lớp màng GaN.
✔ Mật độ lệch vít của chất nền SiC cao (mật độ lệch 103-104 cm-2), các lệch vít có thể lan truyền đến lớp màng GaN và làm giảm hiệu suất thiết bị;
✔ Sự sắp xếp nguyên tử trên bề mặt chất nền gây ra sự hình thành các lỗi xếp chồng (BSF) trong lớp màng GaN. Đối với GaN màng mỏng trên chất nền SiC, có nhiều thứ tự sắp xếp nguyên tử khả thi trên chất nền, dẫn đến thứ tự xếp chồng nguyên tử ban đầu không nhất quán của lớp GaN màng mỏng trên đó, dễ xảy ra lỗi xếp chồng. Các lỗi xếp chồng (SF) tạo ra các điện trường nội tại dọc theo trục c, dẫn đến các vấn đề như rò rỉ của các thiết bị tách hạt tải điện trong mặt phẳng;
✔ Hệ số giãn nở nhiệt của chất nền SiC nhỏ hơn so với AlN và GaN, điều này gây ra sự tích tụ ứng suất nhiệt giữa lớp màng mỏng và chất nền trong quá trình làm nguội. Dựa trên kết quả nghiên cứu, Waltereit và Brand dự đoán rằng vấn đề này có thể được giảm nhẹ hoặc giải quyết bằng cách nuôi cấy các lớp màng mỏng GaN trên các lớp mầm AlN mỏng, chịu ứng suất đồng nhất;
✔ Vấn đề về khả năng thấm ướt kém của các nguyên tử Ga. Khi nuôi cấy các lớp màng GaN trực tiếp trên bề mặt SiC, do khả năng thấm ướt kém giữa hai loại nguyên tử, GaN dễ bị phát triển thành các đảo 3D trên bề mặt chất nền. Việc đưa vào một lớp đệm là giải pháp được sử dụng phổ biến nhất để cải thiện chất lượng vật liệu màng trong quá trình nuôi cấy GaN. Việc đưa vào một lớp đệm AlN hoặc AlxGa1-xN có thể cải thiện hiệu quả khả năng thấm ướt của bề mặt SiC và giúp lớp màng GaN phát triển theo hai chiều. Ngoài ra, nó cũng có thể điều chỉnh ứng suất và ngăn chặn các khuyết tật của chất nền lan rộng đến lớp màng GaN;
✔ Công nghệ chế tạo chất nền SiC còn chưa hoàn thiện, chi phí chất nền cao, số lượng nhà cung cấp ít và nguồn cung hạn chế.
Nghiên cứu của Torres et al. cho thấy rằng việc khắc chất nền SiC bằng H2 ở nhiệt độ cao (1600°C) trước khi epitaxy có thể tạo ra cấu trúc bậc thang có trật tự hơn trên bề mặt chất nền, nhờ đó thu được màng epitaxy AlN chất lượng cao hơn so với khi nó được nuôi cấy trực tiếp trên bề mặt chất nền ban đầu. Nghiên cứu của Xie và nhóm của ông cũng cho thấy rằng việc xử lý trước bằng cách khắc chất nền silicon carbide có thể cải thiện đáng kể hình thái bề mặt và chất lượng tinh thể của lớp epitaxy GaN. Smith et al. phát hiện ra rằng các sai lệch xuyên suốt bắt nguồn từ giao diện chất nền/lớp đệm và lớp đệm/lớp epitaxy có liên quan đến độ phẳng của chất nền [5].
Hình 4. Hình thái TEM của các mẫu lớp màng GaN mọc trên chất nền 6H-SiC (0001) dưới các điều kiện xử lý bề mặt khác nhau: (a) làm sạch hóa học; (b) làm sạch hóa học + xử lý plasma hydro; (c) làm sạch hóa học + xử lý plasma hydro + xử lý nhiệt hydro ở 1300℃ trong 30 phút.
Lớp màng GaN trên Si
So với silicon carbide, sapphire và các chất nền khác, quy trình chế tạo chất nền silicon đã hoàn thiện, và có thể cung cấp ổn định các chất nền kích thước lớn với hiệu suất chi phí cao. Đồng thời, độ dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, và quy trình chế tạo thiết bị điện tử Si đã trưởng thành. Khả năng tích hợp hoàn hảo các thiết bị quang điện tử GaN với các thiết bị điện tử Si trong tương lai cũng làm cho việc nuôi cấy lớp GaN trên silicon trở nên rất hấp dẫn.
Tuy nhiên, do sự khác biệt lớn về hằng số mạng tinh thể giữa chất nền Si và vật liệu GaN, quá trình epitaxy dị thể GaN trên chất nền Si là một quá trình epitaxy có sự không phù hợp lớn điển hình, và nó cũng cần phải đối mặt với một loạt các vấn đề:
✔ Vấn đề năng lượng giao diện bề mặt. Khi GaN phát triển trên chất nền Si, bề mặt của chất nền Si trước tiên sẽ bị nitrit hóa để tạo thành một lớp silicon nitride vô định hình, không thuận lợi cho sự hình thành mầm và phát triển của GaN mật độ cao. Ngoài ra, bề mặt Si sẽ tiếp xúc trực tiếp với Ga, dẫn đến ăn mòn bề mặt chất nền Si. Ở nhiệt độ cao, sự phân hủy của bề mặt Si sẽ khuếch tán vào lớp màng GaN để tạo thành các đốm silicon đen.
✔ Độ lệch hằng số mạng tinh thể giữa GaN và Si khá lớn (~17%), dẫn đến sự hình thành các sai lệch xuyên tâm mật độ cao và làm giảm đáng kể chất lượng của lớp màng mỏng kết tinh;
✔ So với Si, GaN có hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn (hệ số giãn nở nhiệt của GaN khoảng 5,6×10-6K-1, hệ số giãn nở nhiệt của Si khoảng 2,6×10-6K-1), và có thể xuất hiện các vết nứt trong lớp màng GaN trong quá trình làm nguội từ nhiệt độ màng mỏng xuống nhiệt độ phòng;
✔ Si phản ứng với NH3 ở nhiệt độ cao để tạo thành SiNx đa tinh thể. AlN không thể tạo thành nhân định hướng ưu tiên trên SiNx đa tinh thể, dẫn đến sự định hướng không trật tự của lớp GaN được phát triển sau đó và số lượng khuyết tật cao, dẫn đến chất lượng tinh thể kém của lớp màng GaN, và thậm chí khó hình thành lớp màng GaN đơn tinh thể [6].
Để giải quyết vấn đề sai lệch mạng tinh thể lớn, các nhà nghiên cứu đã cố gắng đưa các vật liệu như AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO và SiC làm lớp đệm trên chất nền Si. Để tránh sự hình thành SiNx đa tinh thể và giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi của nó đến chất lượng tinh thể của vật liệu GaN/AlN/Si (111), TMAl thường được yêu cầu đưa vào trong một khoảng thời gian nhất định trước khi tăng trưởng lớp đệm AlN để ngăn NH3 phản ứng với bề mặt Si tiếp xúc tạo thành SiNx. Ngoài ra, các công nghệ tăng trưởng như công nghệ chất nền có hoa văn có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng lớp tăng trưởng. Sự phát triển của các công nghệ này giúp ức chế sự hình thành SiNx tại giao diện tăng trưởng, thúc đẩy sự tăng trưởng hai chiều của lớp tăng trưởng GaN và cải thiện chất lượng tăng trưởng của lớp tăng trưởng. Thêm vào đó, lớp đệm AlN được đưa vào để bù đắp ứng suất kéo gây ra bởi sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt nhằm tránh nứt lớp tăng trưởng GaN trên chất nền silicon. Nghiên cứu của Krost cho thấy có mối tương quan thuận giữa độ dày của lớp đệm AlN và sự giảm ứng suất. Khi độ dày lớp đệm đạt 12nm, có thể nuôi cấy lớp màng mỏng dày hơn 6μm trên chất nền silicon thông qua một quy trình nuôi cấy thích hợp mà không làm nứt lớp màng mỏng.
Sau những nỗ lực lâu dài của các nhà nghiên cứu, chất lượng của các lớp màng GaN mọc trên chất nền silicon đã được cải thiện đáng kể, và các thiết bị như bóng bán dẫn hiệu ứng trường, bộ dò tia cực tím rào cản Schottky, đèn LED xanh lục và laser tia cực tím đã đạt được những tiến bộ vượt bậc.
Tóm lại, vì các chất nền GaN epitaxy thường được sử dụng đều là epitaxy không đồng nhất, nên chúng đều gặp phải các vấn đề chung như không khớp mạng tinh thể và sự khác biệt lớn về hệ số giãn nở nhiệt ở các mức độ khác nhau. Chất nền GaN epitaxy đồng nhất bị hạn chế bởi độ hoàn thiện của công nghệ, và các chất nền này vẫn chưa được sản xuất hàng loạt. Chi phí sản xuất cao, kích thước chất nền nhỏ và chất lượng chất nền không lý tưởng. Việc phát triển các chất nền GaN epitaxy mới và cải thiện chất lượng epitaxy vẫn là một trong những yếu tố quan trọng hạn chế sự phát triển hơn nữa của ngành công nghiệp GaN epitaxy.
IV. Các phương pháp phổ biến để nuôi cấy màng mỏng GaN
MOCVD (phương pháp lắng đọng hơi hóa học)
Có vẻ như phương pháp epitaxy đồng nhất trên chất nền GaN là lựa chọn tốt nhất cho quá trình epitaxy GaN. Tuy nhiên, vì tiền chất của phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) là trimethylgallium và amoniac, và khí mang là hydro, nên nhiệt độ tăng trưởng MOCVD điển hình vào khoảng 1000-1100℃, và tốc độ tăng trưởng của MOCVD vào khoảng vài micromet mỗi giờ. Phương pháp này có thể tạo ra các giao diện dốc ở cấp độ nguyên tử, rất phù hợp cho việc nuôi cấy các cấu trúc dị thể, giếng lượng tử, siêu mạng và các cấu trúc khác. Tốc độ tăng trưởng nhanh, độ đồng nhất tốt và tính phù hợp cho việc nuôi cấy trên diện tích lớn và nhiều mảnh ghép thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệp.
MBE (phương pháp epitaxy chùm phân tử)
Trong phương pháp epitaxy chùm phân tử, Ga sử dụng nguồn nguyên tố, và nitơ hoạt tính được thu được từ nitơ thông qua plasma RF. So với phương pháp MOCVD, nhiệt độ tăng trưởng MBE thấp hơn khoảng 350-400℃. Nhiệt độ tăng trưởng thấp hơn có thể tránh được một số ô nhiễm có thể gây ra bởi môi trường nhiệt độ cao. Hệ thống MBE hoạt động trong điều kiện chân không cực cao, cho phép nó tích hợp nhiều phương pháp phát hiện tại chỗ hơn. Đồng thời, tốc độ tăng trưởng và năng lực sản xuất của nó không thể so sánh với MOCVD, và nó được sử dụng nhiều hơn trong nghiên cứu khoa học [7].
Hình 5 (a) Sơ đồ Eiko-MBE (b) Sơ đồ buồng phản ứng chính MBE
Phương pháp HVPE (phương pháp epitaxy pha hơi hydride)
Các tiền chất của phương pháp epitaxy pha hơi hydride là GaCl3 và NH3. Detchprohm và cộng sự đã sử dụng phương pháp này để nuôi cấy lớp màng GaN dày hàng trăm micromet trên bề mặt chất nền sapphire. Trong thí nghiệm của họ, một lớp ZnO được nuôi cấy giữa chất nền sapphire và lớp màng epitaxy như một lớp đệm, và lớp màng epitaxy được bóc tách khỏi bề mặt chất nền. So với MOCVD và MBE, đặc điểm chính của phương pháp HVPE là tốc độ tăng trưởng cao, phù hợp cho việc sản xuất các lớp dày và vật liệu khối. Tuy nhiên, khi độ dày của lớp màng epitaxy vượt quá 20μm, lớp màng epitaxy được sản xuất bằng phương pháp này dễ bị nứt.
Akira USUI đã giới thiệu công nghệ chất nền có hoa văn dựa trên phương pháp này. Đầu tiên, họ nuôi cấy một lớp màng mỏng GaN dày 1-1,5μm trên chất nền sapphire bằng phương pháp MOCVD. Lớp màng này bao gồm một lớp đệm GaN dày 20nm được nuôi cấy ở điều kiện nhiệt độ thấp và một lớp GaN được nuôi cấy ở điều kiện nhiệt độ cao. Sau đó, ở 430℃, một lớp SiO2 được phủ lên bề mặt của lớp màng, và các dải cửa sổ được tạo ra trên màng SiO2 bằng phương pháp quang khắc. Khoảng cách giữa các dải là 7μm và chiều rộng mặt nạ dao động từ 1μm đến 4μm. Sau cải tiến này, họ đã thu được một lớp màng GaN trên chất nền sapphire đường kính 2 inch không bị nứt và mịn như gương ngay cả khi độ dày tăng lên hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm micromet. Mật độ khuyết tật đã giảm từ 109-1010cm-2 của phương pháp HVPE truyền thống xuống còn khoảng 6×107cm-2. Họ cũng chỉ ra trong thí nghiệm rằng khi tốc độ tăng trưởng vượt quá 75μm/h, bề mặt mẫu sẽ trở nên gồ ghề[8].
Hình 6 Sơ đồ cấu trúc chất nền
V. Tóm tắt và Triển vọng
Vật liệu GaN bắt đầu nổi lên vào năm 2014 khi đèn LED ánh sáng xanh đoạt giải Nobel Vật lý năm đó, và được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sạc nhanh điện tử tiêu dùng. Trên thực tế, các ứng dụng trong bộ khuếch đại công suất và thiết bị RF được sử dụng trong các trạm gốc 5G mà hầu hết mọi người không thể nhìn thấy cũng đã âm thầm xuất hiện. Trong những năm gần đây, sự đột phá của các thiết bị điện tử công suất cấp ô tô dựa trên GaN được kỳ vọng sẽ mở ra những điểm tăng trưởng mới cho thị trường ứng dụng vật liệu GaN.
Nhu cầu thị trường khổng lồ chắc chắn sẽ thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp và công nghệ liên quan đến GaN. Với sự trưởng thành và cải tiến của chuỗi công nghiệp liên quan đến GaN, những vấn đề mà công nghệ màng mỏng GaN hiện tại đang gặp phải cuối cùng sẽ được cải thiện hoặc khắc phục. Trong tương lai, chắc chắn sẽ có nhiều công nghệ màng mỏng mới và nhiều lựa chọn chất nền ưu việt hơn được phát triển. Khi đó, mọi người sẽ có thể lựa chọn công nghệ nghiên cứu bên ngoài và chất nền phù hợp nhất cho các kịch bản ứng dụng khác nhau dựa trên đặc điểm của từng kịch bản ứng dụng, và sản xuất ra các sản phẩm tùy chỉnh có tính cạnh tranh cao nhất.
Thời gian đăng bài: 28/06/2024