1. Àwọn semikondokito ìran kẹta
Ìmọ̀ ẹ̀rọ semikondokito iran àkọ́kọ́ ni a ṣe láti inú àwọn ohun èlò semikondokito bíi Si àti Ge. Ó jẹ́ ìpìlẹ̀ ohun èlò fún ìdàgbàsókè àwọn transistor àti ìmọ̀ ẹ̀rọ circuit integrated. Àwọn ohun èlò semikondokito iran àkọ́kọ́ ni ó fi ìpìlẹ̀ fún ilé iṣẹ́ ẹ̀rọ itanna ní ọ̀rúndún ogún, wọ́n sì jẹ́ àwọn ohun èlò pàtàkì fún ìmọ̀ ẹ̀rọ circuit integrated.
Àwọn ohun èlò semikondokito iran keji ní nínú wọn ni gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, aluminum arsenide àti àwọn èròjà wọn. Àwọn ohun èlò semikondokito iran keji ni ìpìlẹ̀ ilé iṣẹ́ ìwífún optoelectronic. Lórí ìpìlẹ̀ yìí, àwọn ilé iṣẹ́ tó jọ mọ́ ọn bíi ìmọ́lẹ̀, ìfihàn, lésà, àti photovoltaics ni a ti ṣe àgbékalẹ̀ wọn. Wọ́n wọ́pọ̀ nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ ìwífún òde òní àti àwọn ilé iṣẹ́ ìfihàn optoelectronic.
Àwọn ohun èlò aṣojú fún àwọn ohun èlò semiconductor ìran kẹta ni gallium nitride àti silicon carbide. Nítorí àlàfo ìpele wọn tó gbòòrò, iyara ìṣànpọ̀ electron gíga, ìfaradà ooru gíga, àti agbára pápá ìfọ́pọ̀ gíga, wọ́n jẹ́ àwọn ohun èlò tó dára fún ṣíṣètò ìwọ̀n agbára gíga, ìwọ̀n ìfọ́pọ̀ gíga, àti ìwọ̀n ìpàdánù kékeré. Lára wọn, àwọn ohun èlò agbára silicon carbide ní àwọn àǹfààní ìwọ̀n agbára gíga, ìwọ̀n agbára kékeré, àti ìwọ̀n kékeré, wọ́n sì ní àwọn àǹfààní ìlò gbígbòòrò nínú àwọn ọkọ̀ agbára tuntun, photovoltaics, ọkọ̀ ojú irin, data ńlá, àti àwọn pápá mìíràn. Àwọn ohun èlò RF Gallium nitride ní àwọn àǹfààní ti ìwọ̀n ìfọ́pọ̀ gíga, agbára gíga, ìwọ̀n ìfọ́pọ̀ ńlá, agbára kékeré àti ìwọ̀n kékeré, wọ́n sì ní àwọn àǹfààní ìlò gbígbòòrò nínú ìbánisọ̀rọ̀ 5G, Internet of Things, radar ológun àti àwọn pápá mìíràn. Ní àfikún, àwọn ohun èlò agbára tí ó dá lórí gallium nitride ni a ti lò ní gbogbogbòò nínú pápá foliteji kékeré. Ní àfikún, ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, a retí pé àwọn ohun èlò gallium oxide tí ó ń yọjú yóò ṣẹ̀dá ìbáramu ìmọ̀-ẹ̀rọ pẹ̀lú àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ SiC àti GaN tí ó wà, wọ́n sì ní àwọn àǹfààní ìlò tí ó ṣeéṣe nínú àwọn pápá foliteji kékeré àti foliteji gíga.
Ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ohun èlò semiconductor ìran kejì, àwọn ohun èlò semiconductor ìran kẹta ní ìwọ̀n bandgap tó gbòòrò (ìwọ̀n bandgap ti Si, ohun èlò tó wọ́pọ̀ nínú ohun èlò semiconductor ìran àkọ́kọ́, jẹ́ nǹkan bí 1.1eV, ìwọ̀n bandgap ti GaAs, ohun èlò tó wọ́pọ̀ nínú ohun èlò semiconductor ìran kejì, jẹ́ nǹkan bí 1.42eV, àti ìwọ̀n bandgap ti GaN, ohun èlò tó wọ́pọ̀ nínú ohun èlò semiconductor ìran kẹta, wà ní òkè 2.3eV), agbára ìtànṣán tó lágbára, agbára tó lágbára sí ìfọ́ pápá iná mànàmáná, àti agbára tó ga ju ti ìgbóná lọ. Àwọn ohun èlò semiconductor ìran kẹta pẹ̀lú ìwọ̀n bandgap tó gbòòrò dára gan-an fún ṣíṣe àwọn ohun èlò itanna tó wọ́pọ̀, agbára tó ga, agbára tó ga àti ìwọ̀n ìṣọ̀kan tó ga. Àwọn ohun èlò wọn nínú àwọn ẹ̀rọ igbohunsafẹfẹ redio máíkrówéfù, LED, lésà, àwọn ẹ̀rọ agbára àti àwọn pápá míìràn ti fa àfiyèsí púpọ̀, wọ́n sì ti fi àwọn àǹfààní ìdàgbàsókè tó gbòòrò hàn nínú ìbánisọ̀rọ̀ alágbèéká, àwọn grids ọlọ́gbọ́n, ọkọ̀ ojú irin, àwọn ọkọ̀ agbára tuntun, ẹ̀rọ itanna oníbàárà, àti àwọn ẹ̀rọ ìmọ́lẹ̀ ultraviolet àti aláwọ̀ ewéko [1].
Orísun àwòrán: CASA, Zheshang Securities Research Institute
Àwòrán 1 Àkókò àti àsọtẹ́lẹ̀ ẹ̀rọ agbára GaN
Ìṣètò àti àwọn ànímọ́ ohun èlò II GaN
GaN jẹ́ semikondokito bandgap taara. Fífẹ̀ bandgap ti eto wurtzite ni iwọn otutu yara jẹ nipa 3.26eV. Awọn ohun elo GaN ni awọn eto kristali pataki mẹta, eyun eto wurtzite, eto sphalerite ati eto iyọ apata. Lara wọn, eto wurtzite ni eto kristali ti o duro ṣinṣin julọ. Aworan 2 jẹ aworan ti eto wurtzite hexagonal ti GaN. Eto wurtzite ti ohun elo GaN jẹ ti eto hexagonal ti o sunmọ. Sẹẹli ẹyọkan kọọkan ni awọn atomu 12, pẹlu awọn atomu N 6 ati awọn atomu Ga 6. Atomu Ga (N) kọọkan ṣe asopọ pẹlu awọn atomu N (Ga) mẹrin ti o sunmọ julọ ati pe a tojọ ni itọsọna ABABAB… ni itọsọna [0001] [2].
Àwòrán 2 Ìṣètò Wurtzite Àwòrán sẹ́ẹ̀lì kírísítà GaN
III Àwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ tí a sábà máa ń lò fún epitaxy GaN
Ó dà bíi pé epitaxy tó jọra lórí àwọn substrates GaN ni àṣàyàn tó dára jùlọ fún epitaxy GaN. Síbẹ̀síbẹ̀, nítorí agbára ìsopọ̀ ńlá ti GaN, nígbà tí ìwọ̀n otútù bá dé ibi yíyọ́ ti 2500℃, ìfúnpọ̀ tó báramu rẹ̀ jẹ́ nǹkan bí 4.5GPa. Nígbà tí ìfúnpọ̀ bá kéré sí èyí, GaN kì í yọ́ ṣùgbọ́n ó máa ń jẹrà tààrà. Èyí mú kí àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ ìpèsè substrates tó ti dàgbà bíi ọ̀nà Czochralski kò dára fún ìpèsè àwọn substrates kirisita GaN kan ṣoṣo, èyí tó mú kí àwọn substrates GaN ṣòro láti mú jáde ní ọ̀pọ̀lọpọ̀, ó sì wọ́n owó. Nítorí náà, àwọn substrates tí a sábà máa ń lò nínú ìdàgbàsókè epitaxial GaN jẹ́ Si, SiC, sapphire, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. [3].
Àtẹ 3 GaN àti àwọn pàrámítà ti àwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ tí a sábà máa ń lò
Epitaxy GaN lórí safire
Sapphire ní àwọn ànímọ́ kẹ́míkà tó dúró ṣinṣin, ó jẹ́ olowo poku, ó sì ní ìdàgbàsókè gíga nínú iṣẹ́ ìṣẹ̀dá ńláńlá. Nítorí náà, ó ti di ọ̀kan lára àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ àti tí a lò jùlọ nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ semiconductor. Gẹ́gẹ́ bí ọ̀kan lára àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ tí a sábà máa ń lò fún GaN epitaxy, àwọn ìṣòro pàtàkì tí ó nílò láti yanjú fún àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire ni:
✔ Nítorí àìbáramu lattice ńlá láàárín sapphire (Al2O3) àti GaN (tó tó 15%), ìwọ̀n àbùkù tó wà ní àárín latrie epitaxial àti soseji ga gan-an. Láti dín àwọn ipa búburú rẹ̀ kù, soseji náà gbọ́dọ̀ wà lábẹ́ ìtọ́jú dídíjú kí ó tó bẹ̀rẹ̀ sí í ṣiṣẹ́ epitaxial. Kí a tó gbìn GaN epitaxy lórí sapphire substrates, a gbọ́dọ̀ kọ́kọ́ fọ ojú soseji náà dáadáa láti mú àwọn ohun ìbàjẹ́, ìbàjẹ́ ìdọ̀tí tó kù, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ kúrò, àti láti mú àwọn ìgbésẹ̀ àti àwọn ìṣètò ojú soseji jáde. Lẹ́yìn náà, a fi nitride sí ojú soseji náà láti yí àwọn ohun ìrísí omi ti latrie epitaxial padà. Níkẹyìn, a gbọ́dọ̀ fi latrie AlN buffer tinrin (tó sábà máa ń jẹ́ 10-100nm nípọn) sí ojú soseji náà kí a sì fi sínú rẹ̀ ní iwọ̀n otútù kékeré láti múra sílẹ̀ fún ìdàgbàsókè epitaxial ìkẹyìn. Síbẹ̀síbẹ̀, ìwọ̀n ìyípadà nínú àwọn fíìmù epitaxial GaN tí a gbìn lórí àwọn ohun èlò sapphire ṣì ga ju ti àwọn fíìmù homoepitaxial lọ (ní nǹkan bí 1010cm-2, ní ìfiwéra pẹ̀lú ìwọ̀n ìyípadà òdo nínú àwọn fíìmù homoepitaxial silicon tàbí àwọn fíìmù gallium arsenide homoepitaxial, tàbí láàrín 102 àti 104cm-2). Ìwọ̀n àbùkù tí ó ga jùlọ dín ìṣíkiri àwọn ohun èlò kù, nípa bẹ́ẹ̀ ó dín ìgbésí ayé àwọn ohun èlò kéékèèké kúrú àti dín agbára ìdarí ooru kù, gbogbo èyí tí yóò dín iṣẹ́ ẹ̀rọ kù [4];
✔ Ìwọ̀n ìfàsẹ́yìn ooru ti sapphire pọ̀ ju ti GaN lọ, nítorí náà, ìfúnpọ̀ onípele méjì yóò wáyé nínú ìpele epitaxial nígbà tí a bá ń tutù láti iwọ̀n otútù sí iwọ̀n otútù yàrá. Fún àwọn fíìmù epitaxial tí ó nípọn, ìfúnpọ̀ yìí lè fa ìfọ́ fíìmù náà tàbí ìpìlẹ̀ náà pàápàá;
✔ Ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ohun èlò mìíràn, agbára ìgbóná ti àwọn ohun èlò onígun mẹ́rin sapphire kéré sí i (ní nǹkan bí 0.25W*cm-1*K-1 ní 100℃), àti pé iṣẹ́ ìtújáde ooru kò dára;
✔ Nítorí pé agbára ìṣiṣẹ́ rẹ̀ kò dára, àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sapphire kò ṣe pàtàkì fún ìsopọ̀ àti lílò wọn pẹ̀lú àwọn ẹ̀rọ semiconductor mìíràn.
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ìwọ̀n àbùkù ti àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ epitaxial GaN tí a gbìn sórí àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ sapphire ga, kò dà bí ẹni pé ó dín iṣẹ́ optoelectronic ti àwọn LED aláwọ̀ búlúù-àwọ̀ ewé GaN kù gidigidi, nítorí náà àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ sapphire ṣì jẹ́ àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ tí a sábà máa ń lò fún àwọn LED tí a dá lórí GaN.
Pẹ̀lú ìdàgbàsókè àwọn ìlò tuntun ti àwọn ẹ̀rọ GaN bíi lésà tàbí àwọn ẹ̀rọ agbára gíga mìíràn, àwọn àbùkù tí ó wà nínú àwọn ohun èlò sapphire ti di ìdíwọ́ lórí lílò wọn. Ní àfikún, pẹ̀lú ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè ohun èlò SiC, ìdínkù owó àti ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ epitaxial GaN lórí àwọn ohun èlò Si, ìwádìí púpọ̀ sí i lórí bí a ṣe ń dàgbàsókè àwọn fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN lórí àwọn ohun èlò sapphire ti fi àṣà ìtutù hàn díẹ̀díẹ̀.
Epitaxy GaN lori SiC
Ní ìfiwéra pẹ̀lú sapphire, àwọn ohun èlò SiC (4H- àti 6H-crystals) ní àìdọ́gba lattice kékeré pẹ̀lú àwọn fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN (3.1%, tó dọ́gba pẹ̀lú àwọn fíìmù epitaxial tí ó darí [0001]), conductivity ooru tí ó ga jùlọ (tó tó 3.8W*cm-1*K-1), àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Ní àfikún, conductivity ti àwọn ohun èlò SiC tún ń jẹ́ kí a ṣe àwọn ìfọwọ́sowọ́pọ̀ iná mànàmáná sí ẹ̀yìn substrate náà, èyí tí ó ń ran lọ́wọ́ láti mú kí ìṣètò ẹ̀rọ náà rọrùn. Wíwà àwọn àǹfààní wọ̀nyí ti fa àwọn olùwádìí púpọ̀ sí i láti ṣiṣẹ́ lórí epitaxy GaN lórí àwọn ohun èlò silicon carbide.
Sibẹsibẹ, ṣiṣẹ taara lori awọn substrates SiC lati yago fun idagbasoke awọn epilayers GaN tun dojuko ọpọlọpọ awọn alailanfani, pẹlu awọn atẹle yii:
✔ Ìrísí ojú ilẹ̀ àwọn ohun èlò SiC ga ju ti àwọn ohun èlò sapphire lọ (ìrísí sapphire 0.1nm RMS, ìrísí SiC 1nm RMS), àwọn ohun èlò SiC ní líle gíga àti iṣẹ́ ṣíṣe tí kò dára, àti ìrísí àti ìbàjẹ́ dídán tí ó kù yìí tún jẹ́ ọ̀kan lára àwọn orísun àbùkù nínú àwọn ohun èlò GaN epilayers.
✔ Ìwọ̀n ìyípadà skru ti àwọn ohun èlò SiC ga (ìwọ̀n ìyípadà 103-104cm-2), ìyípadà skru le tàn kálẹ̀ sí epilayer GaN kí ó sì dín iṣẹ́ ẹ̀rọ náà kù;
✔ Ìṣètò átọ́míìkì lórí ojú ilẹ̀ náà ń fa ìṣẹ̀dá àwọn àṣìṣe ìdìpọ̀ (BSFs) nínú GaN epilayer. Fún epitaxial GaN lórí àwọn substrates SiC, ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìṣètò átọ́míìkì tó ṣeé ṣe ló wà lórí substrates, èyí tó ń yọrí sí ìṣètò átọ́míìkì àkọ́kọ́ tí kò báramu ti epitaxial GaN Layer lórí rẹ̀, èyí tó lè fa àwọn àṣìṣe ìdìpọ̀. Àwọn àṣìṣe ìdìpọ̀ (SFs) ń fa àwọn pápá iná mànàmáná tí a kọ́ sínú rẹ̀ ní ẹ̀gbẹ́ c-axis, èyí tó ń yọrí sí àwọn ìṣòro bíi jíjó àwọn ẹ̀rọ ìyàsọ́tọ̀ onígbé ọkọ̀ òfurufú;
✔ Ìwọ̀n ìfàsẹ́yìn ooru ti substrate SiC kéré ju ti AlN àti GaN lọ, èyí tí ó ń fa ìkójọpọ̀ wahala ooru láàrín ìpele epitaxial àti substrate nígbà ìtútù. Waltereit àti Brand sọ àsọtẹ́lẹ̀ ní ìbámu pẹ̀lú àwọn àbájáde ìwádìí wọn pé a lè dín ìṣòro yìí kù tàbí yanjú nípa gbígbin àwọn ìpele epitaxial GaN lórí àwọn ìpele nucleation AlN tín-tín, tí a so pọ̀ mọ́ra;
✔ Iṣoro ti ko dara ti awọn atọmu Ga. Nigbati o ba n dagba awọn fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN taara lori dada SiC, nitori ailagbara omi laarin awọn atọmu meji, GaN ni o seese lati dagba erekusu 3D lori dada substrate. Fifi fẹlẹfẹlẹ buffer ṣe afihan ni ojutu ti a lo julọ lati mu didara awọn ohun elo epitaxial dara si ni epitaxy GaN. Fifi fẹlẹfẹlẹ buffer AlN tabi AlxGa1-xN ṣe afihan le mu agbara omi ti dada SiC dara si daradara ki o jẹ ki fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN dagba ni awọn iwọn meji. Ni afikun, o tun le ṣakoso wahala ati ṣe idiwọ awọn abawọn substrate lati faagun si epitaxy GaN;
✔ Ìmọ̀-ẹ̀rọ ìpèsè àwọn ohun èlò SiC kò tíì dàgbà, owó ohun èlò náà ga, àwọn olùpèsè díẹ̀ ló sì wà, ìpèsè náà kò sì pọ̀.
Ìwádìí Torres àti àwọn ẹlòmíràn fihàn pé fífi H2 sí orí SiC substrate kí ó tó di pé epitaxy lè mú kí ìṣètò ìgbésẹ̀ kan wà lórí ojú ilẹ̀ substrate náà, èyí sì lè mú kí fíìmù epitaxial AlN tó dára jù lọ ju ìgbà tí a bá gbìn ín tààrà lórí ojú ilẹ̀ substrate náà lọ. Ìwádìí Xie àti àwọn ẹgbẹ́ rẹ̀ tún fihàn pé fífi silicon carbide sí orí ilẹ̀ carbide náà lè mú kí ìrísí ojú ilẹ̀ àti dídára kristali ti GaN epitaxial Layer dára síi. Smith àti àwọn ẹlòmíràn rí i pé àwọn ìyípadà okùn tí ó wá láti inú ojú ilẹ̀ substrate/buffer àti ojú ilẹ̀ buffer/epitaxial Layer ní í ṣe pẹ̀lú fífẹ̀ substrate náà [5].
Àwòrán 4 Ìrísí TEM ti àwọn àpẹẹrẹ ìpele epitaxial GaN tí a gbìn sórí substrate 6H-SiC (0001) lábẹ́ àwọn ipò ìtọ́jú ojú ilẹ̀ tó yàtọ̀ síra (a) ìwẹ̀nùmọ́ kẹ́míkà; (b) ìwẹ̀nùmọ́ kẹ́míkà + ìtọ́jú pilasima hydrogen; (c) ìwẹ̀nùmọ́ kẹ́míkà + ìtọ́jú pilasima hydrogen + ìtọ́jú ooru hydrogen 1300℃ fún ìṣẹ́jú 30
Àmì GaN lórí Si
Ní ìfiwéra pẹ̀lú silicon carbide, sapphire àti àwọn ohun èlò míràn, ìlànà ìṣètò ohun èlò silicon ti dàgbà, ó sì lè pèsè àwọn ohun èlò ńlá tó ti dàgbà pẹ̀lú iṣẹ́ iye owó gíga. Ní àkókò kan náà, ìṣàn ooru àti ìṣàn iná mànàmáná dára, ìlànà ohun èlò Si sì ti dàgbà. Àǹfààní láti so àwọn ohun èlò GaN optoelectronic pọ̀ mọ́ àwọn ohun èlò itanna Si ní ọjọ́ iwájú tún mú kí ìdàgbàsókè GaN epitaxy lórí silicon jẹ́ ohun tó fani mọ́ra gidigidi.
Sibẹsibẹ, nitori iyatọ nla ninu awọn constants lattice laarin substrate Si ati ohun elo GaN, epitaxy oriṣiriṣi ti GaN lori substrate Si jẹ epitaxy ti ko baamu nla deede, o tun nilo lati koju ọpọlọpọ awọn iṣoro:
✔ Iṣoro agbara oju ilẹ. Nigbati GaN ba dagba lori ilẹ ilẹ Si, oju ilẹ Si ni ao kọkọ fi nitride ṣe lati ṣẹda fẹlẹfẹlẹ amorphous silicon nitride ti ko ṣe iranlọwọ fun nucleation ati idagbasoke ti GaN iwuwo giga. Ni afikun, oju ilẹ Si yoo kọkọ kan Ga, eyiti yoo ba oju ilẹ Si jẹ. Ni iwọn otutu giga, ibajẹ oju ilẹ Si yoo tan kaakiri sinu fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN lati ṣẹda awọn aaye silikoni dudu.
✔ Àìbáramu tí ó wà láàárín GaN àti Si tóbi (~17%), èyí tí yóò mú kí àwọn ìfọ́pọ̀ okùn oníwọ̀n gíga wáyé, yóò sì dín dídára ìpele epitaxial kù gidigidi;
✔ Ní ìfiwéra pẹ̀lú Si, GaN ní ìwọ̀n ìfàsẹ́yìn ooru tó tóbi jù (ìwọ̀n ìfàsẹ́yìn ooru GaN jẹ́ nǹkan bí 5.6×10-6K-1, ìwọ̀n ìfàsẹ́yìn ooru Si jẹ́ nǹkan bí 2.6×10-6K-1), àti pé àwọn ìfọ́ lè wáyé nínú ìpele epitaxial GaN nígbà tí a bá ń tutù iwọ̀n otutu epitaxial sí iwọ̀n otutu yàrá;
✔ Si máa ń ṣe àgbékalẹ̀ pẹ̀lú NH3 ní àwọn iwọ̀n otútù gíga láti ṣẹ̀dá polycrystalline SiNx. AlN kò le ṣẹ̀dá nucleus tí ó ní ìtọ́sọ́nà tí ó dára jùlọ lórí polycrystalline SiNx, èyí tí ó ń yọrí sí ìtọ́sọ́nà tí kò dára ti fẹlẹfẹlẹ GaN tí ó dàgbà lẹ́yìn náà àti iye àwọn àbùkù tí ó pọ̀, èyí tí ó ń yọrí sí dídára kristali ti fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN tí kò dára, àti àní ìṣòro láti ṣẹ̀dá fẹlẹfẹlẹ epitaxial GaN kan ṣoṣo [6].
Láti yanjú ìṣòro àìbáramu lattice ńlá, àwọn olùwádìí ti gbìyànjú láti gbé àwọn ohun èlò bíi AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, àti SiC kalẹ̀ gẹ́gẹ́ bí àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ buffer lórí àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ Si. Láti yẹra fún ìṣẹ̀dá polycrystalline SiNx àti láti dín àwọn ipa búburú rẹ̀ lórí dídára kirisita ti àwọn ohun èlò GaN/AlN/Si (111) kù, a sábà máa ń nílò kí a fi TMMal hàn fún àkókò kan kí epitaxial tó dàgbàsókè ti fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ buffer AlN láti dènà NH3 láti ṣe ìhùwàpadà pẹ̀lú ojú Si tí a ṣí sílẹ̀ láti ṣẹ̀dá SiNx. Ní àfikún, a lè lo àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ epitaxial bíi ìmọ̀-ẹ̀rọ substrate tí a ṣe àpẹẹrẹ láti mú dídára fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ epitaxial sunwọ̀n síi. Ìdàgbàsókè àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ wọ̀nyí ń ran lọ́wọ́ láti dènà ìṣẹ̀dá SiNx ní ojú-ọ̀nà epitaxial, láti mú ìdàgbàsókè onípele méjì ti fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ epitaxial GaN sunwọ̀n síi, àti láti mú dídára ìdàgbàsókè fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ epitaxial sunwọ̀n síi. Ní àfikún, a ṣe àgbékalẹ̀ fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ buffer AlN láti san án padà fún ìdààmú tensile tí ìyàtọ̀ nínú àwọn coefficients expansion hotray fa láti yẹra fún ìfọ́ nínú fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ epitaxial GaN lórí fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ silicon. Ìwádìí Krost fihàn pé ìbáṣepọ̀ rere wà láàárín sísanra ti ìpele buffer AlN àti ìdínkù nínú ìfúnpọ̀ náà. Nígbà tí sísanra ìpele buffer bá dé 12nm, a lè gbin ìpele epitaxial kan tí ó nípọn ju 6μm lọ sórí ohun èlò silicon nípasẹ̀ ètò ìdàgbàsókè tí ó yẹ láìsí ìfọ́ ìpele epitaxial.
Lẹ́yìn ìsapá pípẹ́ tí àwọn olùwádìí ti ṣe, dídára àwọn ìpele epitaxial GaN tí a gbìn sórí àwọn ohun èlò silicon ti dára síi, àti àwọn ẹ̀rọ bíi field effect transistors, Schottky barrier ultraviolet detector, blue-green LEDs àti ultraviolet lasers ti ní ìlọsíwájú pàtàkì.
Ní ṣókí, níwọ̀n ìgbà tí àwọn ohun èlò GaN epitaxial tí a sábà máa ń lò jẹ́ epitaxy onírúru, gbogbo wọn ló ń kojú àwọn ìṣòro tó wọ́pọ̀ bíi àìbáramu lattice àti ìyàtọ̀ ńlá nínú àwọn ohun èlò ìfàsẹ́yìn ooru sí onírúurú ìwọ̀n. Àwọn ohun èlò GaN epitaxial onírúru ni a fi ìdíwọ̀n múlẹ̀ nítorí ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ, àti pé a kò tí ì ṣe àwọn ohun èlò náà ní ibi púpọ̀. Owó ìṣelọ́pọ́ ga, ìwọ̀n ohun èlò náà kéré, àti pé dídára ohun èlò náà kò dára. Ìdàgbàsókè àwọn ohun èlò GaN epitaxial tuntun àti ìdàgbàsókè dídára ohun èlò náà ṣì jẹ́ ọ̀kan lára àwọn ohun pàtàkì tó ń dín ìdàgbàsókè síwájú sí i ti ilé iṣẹ́ epitaxial GaN kù.
IV. Àwọn ọ̀nà tó wọ́pọ̀ fún epitaxy GaN
Ìforúkọsílẹ̀ ìgbóná kẹ́míkà (MOCVD)
Ó dà bíi pé epitaxy tó jọra lórí àwọn ohun èlò GaN ni àṣàyàn tó dára jùlọ fún epitaxy GaN. Síbẹ̀síbẹ̀, níwọ̀n ìgbà tí àwọn ohun tó ń ṣáájú ìdènà èéfín kẹ́míkà jẹ́ trimethylgallium àti ammonia, àti pé gaasi tó ń gbé e kalẹ̀ ni hydrogen, ìwọ̀n otútù ìdàgbàsókè MOCVD tó wọ́pọ̀ jẹ́ nǹkan bí 1000-1100℃, àti ìwọ̀n ìdàgbàsókè MOCVD jẹ́ nǹkan bí microns díẹ̀ fún wákàtí kan. Ó lè ṣe àwọn ìsopọ̀ gíga ní ìpele atomiki, èyí tó dára gan-an fún ìdàgbàsókè heterojunctions, àwọn kànga quantum, superlattices àti àwọn ètò mìíràn. Ìwọ̀n ìdàgbàsókè rẹ̀ kíákíá, ìṣọ̀kan tó dára, àti ìdàgbàsókè rẹ̀ fún ìdàgbàsókè agbègbè ńlá àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ nǹkan ni a sábà máa ń lò nínú iṣẹ́ àgbékalẹ̀ ilé iṣẹ́.
MBE (epitaxy ìbílẹ̀ mólẹ́kúlà)
Nínú epitaxy molecular beam, Ga lo orísun elemental kan, a sì gba nitrogen ti nṣiṣe lọwọ lati inu nitrogen nipasẹ plasma RF. Ní ìfiwéra pẹ̀lú ọ̀nà MOCVD, iwọn otutu idagbasoke MBE jẹ́ nǹkan bí 350-400℃ sí i. Iwọn otutu idagbasoke ti o kere julọ le yẹra fun idoti kan ti o le fa nipasẹ awọn agbegbe iwọn otutu giga. Eto MBE n ṣiṣẹ labẹ afẹfẹ giga-giga, eyiti o fun laaye lati ṣafikun awọn ọna wiwa in-situ diẹ sii. Ni akoko kanna, oṣuwọn idagbasoke ati agbara iṣelọpọ rẹ ko le ṣe afiwe pẹlu MOCVD, ati pe a lo o pupọ julọ ninu iwadii imọ-jinlẹ [7].
olusin 5 (a) Eiko-MBE sikematiki (b) MBE akọkọ lenu iyẹwu sikematiki
Ọ̀nà HVPE (ìpele ìpele hydride vapor epitaxy)
Àwọn ohun tó ṣáájú nínú ọ̀nà epitaxy hydride vapor phase ni GaCl3 àti NH3. Detchprohm àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo ọ̀nà yìí láti gbin ipele epitaxial GaN tó tó ọgọ́rọ̀ọ̀rún microns tó nípọn lórí ojú ilẹ̀ sapphire. Nínú ìwádìí wọn, a gbin ipele kan ti ZnO láàárín ilẹ̀ sapphire àti ilẹ̀ epitaxial gẹ́gẹ́ bí ipele buffer, a sì yọ ipele epitaxial kúrò lórí ilẹ̀ substrate. Ní ìfiwéra pẹ̀lú MOCVD àti MBE, ohun pàtàkì nínú ọ̀nà HVPE ni ìwọ̀n ìdàgbàsókè gíga rẹ̀, èyí tó yẹ fún ṣíṣe àwọn ipele tó nípọn àti àwọn ohun èlò tó pọ̀. Ṣùgbọ́n, nígbà tí sisanra ti ipele epitaxial bá ju 20μm lọ, ipele epitaxial tí ọ̀nà yìí ń ṣe máa ń ṣẹ́.
Akira USUI ṣe àgbékalẹ̀ ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣàpẹẹrẹ tí a fi àwòrán ṣe tí ó dá lórí ọ̀nà yìí. Wọ́n kọ́kọ́ gbin ìpele GaN epitaxial tín-tín 1-1.5μm lórí ìpele sapphire kan nípa lílo ọ̀nà MOCVD. Ìpele epitaxial náà ní ìpele GaN buffer tí ó nípọn 20nm tí a gbìn lábẹ́ àwọn ipò iwọ̀n otútù kékeré àti ìpele GaN tí a gbìn lábẹ́ àwọn ipò iwọ̀n otútù gíga. Lẹ́yìn náà, ní 430℃, a fi ìpele SiO2 kan bò ojú ìpele epitaxial náà, a sì ṣe àwọn ìlà fèrèsé lórí fíìmù SiO2 nípa lílo photolithography. Ààlà ìlà náà jẹ́ 7μm àti ìwọ̀n ìbòjú náà wà láti 1μm sí 4μm. Lẹ́yìn ìdàgbàsókè yìí, wọ́n gba ìpele epitaxial GaN lórí ìpele sapphire oníwọ̀n 2-inch tí kò ní ìfọ́ tí ó sì mọ́lẹ̀ bí dígí kódà nígbà tí ìkúnra náà bá pọ̀ sí mẹ́wàá tàbí ọgọ́rọ̀ọ̀rún microns. A dín ìwọ̀n àbùkù náà kù láti 109-1010cm-2 ti ọ̀nà HVPE ìbílẹ̀ sí nǹkan bí 6×107cm-2. Wọ́n tún tọ́ka sí i nínú ìwádìí náà pé nígbà tí ìwọ̀n ìdàgbàsókè bá ju 75 μm/h lọ, ojú àyẹ̀wò náà yóò di gídígídí[8].
Àwòrán 6 Àwòrán Àwòrán Àwòrán
V. Àkótán àti Ìròyìn
Àwọn ohun èlò GaN bẹ̀rẹ̀ sí í yọjú ní ọdún 2014 nígbà tí LED aláwọ̀ búlúù gba ẹ̀bùn Nobel nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ fisiksi ní ọdún náà, ó sì wọ inú pápá àwọn ohun èlò gbígbà agbára kíákíá ní pápá ẹ̀rọ itanna oníbàárà. Ní gidi, àwọn ohun èlò nínú àwọn amplifiers power àti àwọn ẹ̀rọ RF tí a lò ní àwọn ibùdó ìpìlẹ̀ 5G tí ọ̀pọ̀ ènìyàn kò lè rí ti farahàn láìsí ìṣòro. Ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, a retí pé ìtẹ̀síwájú àwọn ẹ̀rọ agbára ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ tí ó dá lórí GaN yóò ṣí àwọn ibi ìdàgbàsókè tuntun sílẹ̀ fún ọjà ohun èlò GaN.
Ìbéèrè ọjà ńlá yóò dájú pé yóò gbé ìdàgbàsókè àwọn ilé iṣẹ́ àti ìmọ̀ ẹ̀rọ tí ó ní í ṣe pẹ̀lú GaN lárugẹ. Pẹ̀lú ìdàgbàsókè àti ìdàgbàsókè ẹ̀wọ̀n ilé iṣẹ́ tí ó ní í ṣe pẹ̀lú GaN, àwọn ìṣòro tí ìmọ̀ ẹ̀rọ epitaxial GaN ń dojúkọ yóò dára síi tàbí kí ó borí nígbẹ̀yìn gbẹ́yín. Ní ọjọ́ iwájú, àwọn ènìyàn yóò ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ epitaxial tuntun àti àwọn àṣàyàn substrate tí ó tayọ jùlọ. Nígbà náà, àwọn ènìyàn yóò lè yan ìmọ̀ ẹ̀rọ ìwádìí àti substrate tí ó yẹ jùlọ fún àwọn ipò ìlò onírúurú gẹ́gẹ́ bí àwọn ànímọ́ àwọn ipò ìlò, àti láti ṣe àwọn ọjà tí a ṣe àdáni jùlọ tí ó ní ìdíje jùlọ.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹfà-28-2024