Teicneolaíocht epitaxy teocht íseal atá bunaithe ar GaN

1. An tábhacht a bhaineann le hábhair atá bunaithe ar GaN

Úsáidtear ábhair leathsheoltóra GaN-bhunaithe go forleathan in ullmhú feistí optoelectronic, feistí leictreonacha cumhachta agus feistí micreathonnta minicíochta raidió mar gheall ar a n-airíonna den scoth cosúil le tréithe bandgap leathan, neart réimse ard miondealaithe agus seoltacht ard teirmeach. Úsáidtear na feistí seo go forleathan i dtionscail cosúil le soilsiú leathsheoltóra, foinsí solais ultraivialait soladach-stáit, fótavoltach gréine, taispeáint léasair, scáileáin taispeána solúbtha, cumarsáid soghluaiste, soláthairtí cumhachta, feithiclí nua fuinnimh, greillí cliste, etc., agus an teicneolaíocht agus margadh ag éirí níos aibí.

Teorainneacha na teicneolaíochta epitaxy traidisiúnta

Teicneolaíochtaí fáis epitaxial traidisiúnta d'ábhair GaN-bhunaithe marMOCVDagusMBEde ghnáth éilíonn coinníollacha teocht ard, nach bhfuil infheidhme maidir le foshraitheanna éagruthacha mar ghloine agus plaistigh toisc nach féidir leis na hábhair seo teochtaí fáis níos airde a sheasamh. Mar shampla, bogfaidh gloine snámhphointe a úsáidtear go coitianta faoi choinníollacha níos airde ná 600 ° C. Éileamh ar íseal-teochtteicneolaíocht epitaxy: Leis an éileamh atá ag méadú ar fheistí optoelectronic (leictreonacha) ar chostas íseal agus solúbtha, tá éileamh ar threalamh epitaxial a úsáideann fuinneamh réimse leictreach seachtrach chun réamhtheachtaithe imoibrithe a bhriseadh ag teocht íseal. Is féidir an teicneolaíocht seo a dhéanamh ag teocht íseal, ag oiriúnú do shaintréithe foshraitheanna éagruthacha, agus ag soláthar an fhéidearthacht feistí ar chostas íseal agus solúbtha (optoelectronic) a ullmhú.

2. Struchtúr criostail na n-ábhar GaN-bhunaithe

Cineál struchtúr criostail

I measc na n-ábhar GaN-bhunaithe den chuid is mó tá GaN, InN, AlN agus a n-réitigh soladach ternary agus ceathartha, le trí struchtúr criostail de wurtzite, sphalerite agus salann carraig, ina measc is é an struchtúr wurtzite an ceann is cobhsaí. Is céim metastable é an struchtúr sphalerite, is féidir a chlaochlú sa struchtúr wurtzite ag teocht ard, agus is féidir a bheith ann i struchtúr wurtzite i bhfoirm lochtanna cruachta ag teochtaí níos ísle. Is é an struchtúr salann carraig an chéim ardbhrú de GaN agus ní féidir le feiceáil ach amháin faoi choinníollacha brú an-ard.

Tréithriú eitleáin criostail agus cáilíocht criostail

I measc na n-eitleán criostail choitianta tá c-eitleán polar, s-eitleán leathpholach, r-eitleán, n-eitleán, agus a-eitleán neamhpholach agus m-eitleán. De ghnáth, is treoshuímh criostail c-eitleán iad na scannáin tanaí bunaithe ar GaN a fhaightear trí epitaxy ar fhoshraitheanna sapphire agus Si.

3. Riachtanais teicneolaíochta epitaxy agus réitigh cur chun feidhme

Athrú teicneolaíochta de dhíth

Le forbairt na faisnéise agus na hintleachta, is gnách go mbíonn an t-éileamh ar fheistí optoelectronic agus ar fheistí leictreonacha ar chostas íseal agus solúbtha. Chun na riachtanais seo a chomhlíonadh, is gá an teicneolaíocht epitaxial atá ann cheana féin d'ábhair GaN-bhunaithe a athrú, go háirithe chun teicneolaíocht epitaxial a fhorbairt a fhéadfar a dhéanamh ag teocht íseal chun oiriúnú do shaintréithe foshraitheanna éagruthacha.

Forbairt teicneolaíochta epitaxial íseal-teocht

Teicneolaíocht epitaxial íseal-teocht bunaithe ar phrionsabail nasil-leagan fisiceach gaile (PVD)agussil-leagan ceimiceach gaile (CVD), lena n-áirítear sputtering maighnéadrón imoibríoch, MBE le cúnamh plasma (PA-MBE), sil-leagan bíogach léasair (PLD), sil-leagan sputtering bíogacha (PSD), MBE le cúnamh léasair (LMBE), CVD plasma cianda (RPCVD), imirce feabhsaithe tar éis gile CVD ( MEA-CVD), MOCVD feabhsaithe plasma iargúlta (RPEMOCVD), MOCVD feabhsaithe gníomhaíochta (REMOCVD), plasma feabhsaithe athshondais leictreon MOCVD (ECR-PEMOCVD) agus plasma cúpláilte ionduchtach MOCVD (ICP-MOCVD), etc.

4. Teicneolaíocht epitaxy íseal-teocht bunaithe ar phrionsabal PVD

Cineálacha teicneolaíochta

Lena n-áirítear sputtering maighnéadrón imoibríoch, MBE le cúnamh plasma (PA-MBE), sil-leagan bíogacha léasair (PLD), deascadh sputtering bíogach (PSD) agus MBE le cúnamh léasair (LMBE).

Gnéithe teicniúla

Soláthraíonn na teicneolaíochtaí seo fuinneamh trí úsáid a bhaint as cúpláil réimse seachtrach chun an fhoinse imoibrithe a ianú ag teocht íseal, rud a laghdaíonn a theocht scoilte agus ag baint amach fás epitaxial íseal-teocht na n-ábhar GaN-bhunaithe. Mar shampla, tugann teicneolaíocht sputtering magnetron imoibríoch réimse maighnéadach isteach le linn an phróisis sputtering chun fuinneamh cinéiteach na leictreon a mhéadú agus an dóchúlacht go dtarlóidh imbhualadh le N2 agus Ar a mhéadú chun sputtering sprioc a fheabhsú. Ag an am céanna, féadann sé plasma ard-dlúis a theorannú os cionn na sprice agus buamáil na n-ian ar an tsubstráit a laghdú.

Dúshláin

Cé gur féidir le forbairt na dteicneolaíochtaí seo feistí optoelectronic ar chostas íseal agus solúbtha a ullmhú, tá dúshláin rompu freisin maidir le cáilíocht fáis, castacht trealaimh agus costas. Mar shampla, de ghnáth, éilíonn teicneolaíocht PVD céim fholús ard, a fhéadfaidh réamh-imoibriú a chosc go héifeachtach agus roinnt trealamh monatóireachta in-situ a thabhairt isteach a chaithfidh oibriú faoi fholús ard (mar RHEED, Langmuir probe, etc.), ach méadaíonn sé an deacracht de thaisceadh aonfhoirmeach limistéar mór, agus tá costas oibríochta agus cothabhála ardfholús ard.

5. Teicneolaíocht epitaxial íseal-teocht bunaithe ar phrionsabal CVD

Cineálacha teicneolaíochta

Lena n-áirítear plasma cianda CVD (RPCVD), tar éis feabhas a chur ar imirce CVD (MEA-CVD), plasma feabhsaithe MOCVD (RPEMOCVD), gníomhaíocht feabhsaithe MOCVD (REMOCVD), plasma feabhsaithe athshondas leictreoin MOCVD (ECR-PEMOCVD) agus plasma cúpláilte ionduchtach MOCVD ( ICP-MOCVD).

Buntáistí teicniúla

Baintear amach na teicneolaíochtaí seo fás na n-ábhar leathsheoltóra III-nítríde mar GaN agus InN ag teochtaí níos ísle trí úsáid a bhaint as foinsí plasma éagsúla agus meicníochtaí imoibrithe, rud a chabhródh le taisceadh aonfhoirmeach limistéar mór agus laghdú costais. Mar shampla, úsáideann teicneolaíocht iargúlta plasma CVD (RPCVD) foinse ECR mar ghineadóir plasma, is gineadóir plasma íseal-bhrú é a fhéadfaidh plasma ard-dlúis a ghiniúint. Ag an am céanna, tríd an teicneolaíocht speictreascópacht luminescence plasma (OES), tá an speictream 391 nm a bhaineann le N2+ beagnach do-bhraite os cionn an tsubstráit, rud a laghdóidh an bombardú ar dhromchla an tsampla ag iain ardfhuinnimh.

Feabhas a chur ar chaighdeán criostail

Feabhsaítear cáilíocht criostail an chiseal epitaxial trí cháithníní luchtaithe ardfhuinnimh a scagadh go héifeachtach. Mar shampla, úsáideann teicneolaíocht MEA-CVD foinse HCP chun foinse plasma ECR de RPCVD a athsholáthar, rud a fhágann go bhfuil sé níos oiriúnaí chun plasma ard-dlúis a ghiniúint. Is é an buntáiste a bhaineann le foinse HCP ná nach bhfuil aon éilliú ocsaigine de bharr an fhuinneog tréleictreach Grianchloch, agus tá dlús plasma níos airde aige ná an fhoinse plasma cúplála capacitive (CCP).

6. Achoimre agus Outlook

Stádas reatha na teicneolaíochta epitaxy íseal-teocht

Trí thaighde agus anailís litríochta, leagtar amach stádas reatha na teicneolaíochta epitaxy íseal-teocht, lena n-áirítear tréithe teicniúla, struchtúr trealaimh, coinníollacha oibre agus torthaí turgnamhacha. Soláthraíonn na teicneolaíochtaí seo fuinneamh trí chúpláil réimse seachtrach, laghdaítear an teocht fáis go héifeachtach, oiriúnú do shaintréithe foshraitheanna éagruthacha, agus soláthraíonn siad an fhéidearthacht feistí leictreonacha ar chostas íseal agus solúbtha (rogha) a ullmhú.

Treoracha taighde don todhchaí

Tá ionchais iarratais leathan ag teicneolaíocht epitaxy íseal-teocht, ach tá sé fós sa chéim taiscéalaíoch. Teastaíonn taighde domhain uaidh ó ghnéithe an trealaimh agus an phróisis chun fadhbanna in iarratais innealtóireachta a réiteach. Mar shampla, is gá tuilleadh staidéir a dhéanamh ar conas plasma dlús níos airde a fháil agus an fhadhb scagtha ian sa phlasma á bhreithniú; conas struchtúr an fheiste homogenization gáis a dhearadh chun an réamh-imoibriú sa chuas a shochtadh go héifeachtach ag teocht íseal; conas téitheoir an trealaimh epitaxial íseal-teocht a dhearadh chun spréach nó réimsí leictreamaighnéadacha a dhéanann difear don plasma ag brú cuas sonrach a sheachaint.

Ranníocaíocht ionchais

Táthar ag súil go dtiocfaidh an réimse seo chun bheith ina threo forbartha féideartha agus go gcuirfidh sé go mór le forbairt na chéad ghlúine eile d'fheistí optoelectronic. Le aird ghéar agus cur chun cinn bríomhar na dtaighdeoirí, fásfaidh an réimse seo i dtreo forbartha féideartha sa todhchaí agus cuirfidh sé go mór le forbairt an chéad ghlúin eile de fheistí (optoelectronic).