GaN-आधारित कम-तापमान एपिटेक्सी प्रविधि

1. GaN-आधारित सामग्रीको महत्त्व

GaN-आधारित अर्धचालक सामग्रीहरू ओप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू, पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू र रेडियो फ्रिक्वेन्सी माइक्रोवेभ उपकरणहरूको तयारीमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ किनभने तिनीहरूको उत्कृष्ट गुणहरू जस्तै चौडा ब्यान्डग्याप विशेषताहरू, उच्च ब्रेकडाउन फिल्ड बल र उच्च थर्मल चालकता। यी उपकरणहरू सेमीकन्डक्टर प्रकाश, ठोस राज्य अल्ट्राभायोलेट प्रकाश स्रोत, सौर फोटोभोल्टिक्स, लेजर डिस्प्ले, लचिलो डिस्प्ले स्क्रिन, मोबाइल संचार, विद्युत आपूर्ति, नयाँ ऊर्जा सवारी साधन, स्मार्ट ग्रिड, आदि जस्ता उद्योगहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ, र प्रविधि र। बजार अधिक परिपक्व हुँदैछ।

परम्परागत एपिटेक्सी प्रविधिको सीमितता

GaN-आधारित सामग्रीहरूको लागि परम्परागत epitaxial वृद्धि प्रविधिहरू जस्तैMOCVDरMBEसामान्यतया उच्च तापमान अवस्थाहरू चाहिन्छ, जुन गिलास र प्लास्टिक जस्ता अनाकार सब्सट्रेटहरूमा लागू हुँदैन किनभने यी सामग्रीहरूले उच्च वृद्धि तापमानलाई सामना गर्न सक्दैनन्। उदाहरणका लागि, सामान्यतया प्रयोग हुने फ्लोट गिलास ६०० डिग्री सेल्सियसभन्दा माथिको अवस्थामा नरम हुन्छ। कम-तापमानको लागि मागepitaxy प्रविधि: कम लागत र लचिलो अप्टोइलेक्ट्रोनिक (इलेक्ट्रोनिक) उपकरणहरूको बढ्दो मागको साथ, कम तापक्रममा प्रतिक्रिया पूर्ववर्तीहरू क्र्याक गर्न बाह्य विद्युतीय क्षेत्र ऊर्जा प्रयोग गर्ने एपिटेक्सियल उपकरणहरूको माग छ। यो प्रविधि कम तापक्रममा गर्न सकिन्छ, अनाकार सब्सट्रेटहरूको विशेषताहरू अनुकूल गर्दै, र कम लागत र लचिलो (अप्टोइलेक्ट्रोनिक) उपकरणहरू तयार गर्ने सम्भावना प्रदान गर्दछ।

2. GaN-आधारित सामग्रीको क्रिस्टल संरचना

क्रिस्टल संरचना प्रकार

GaN-आधारित सामग्रीहरूमा मुख्यतया GaN, InN, AlN र तिनीहरूको त्रिगुट र चतुर्थांश ठोस समाधानहरू समावेश छन्, जसमा wurtzite, sphalerite र रक नुनको तीनवटा क्रिस्टल संरचनाहरू छन्, जसमध्ये wurtzite संरचना सबैभन्दा स्थिर छ। स्फेलेराइट संरचना एक मेटास्टेबल चरण हो, जुन उच्च तापमानमा wurtzite संरचनामा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ, र कम तापक्रममा स्ट्याकिंग दोषहरूको रूपमा wurtzite संरचनामा अवस्थित हुन सक्छ। चट्टान नुन संरचना GaN को उच्च-दबाव चरण हो र केवल अत्यधिक उच्च दबाव अवस्थाहरूमा देखा पर्न सक्छ।

क्रिस्टल विमान र क्रिस्टल गुणस्तर को विशेषता

सामान्य क्रिस्टल विमानहरूमा ध्रुवीय सी-प्लेन, अर्ध-ध्रुवीय एस-प्लेन, आर-प्लेन, एन-प्लेन, र गैर-ध्रुवीय ए-प्लेन र एम-प्लेन समावेश छन्। सामान्यतया, नीलमणि र Si सब्सट्रेटहरूमा एपिटाक्सी द्वारा प्राप्त GaN-आधारित पातलो फिल्महरू सी-प्लेन क्रिस्टल अभिमुखीकरण हुन्।

3. Epitaxy प्रविधि आवश्यकताहरू र कार्यान्वयन समाधानहरू

प्राविधिक परिवर्तनको आवश्यकता

सूचनाकरण र बुद्धिमत्ताको विकासको साथ, अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू र इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको माग कम लागत र लचिलो हुन जान्छ। यी आवश्यकताहरू पूरा गर्नको लागि, GaN- आधारित सामग्रीको अवस्थित एपिटेक्सियल टेक्नोलोजीलाई परिवर्तन गर्न आवश्यक छ, विशेष गरी एपिटेक्सियल टेक्नोलोजी विकास गर्न जुन कम तापक्रममा अनाकार सब्सट्रेटहरूको विशेषताहरूसँग अनुकूलन गर्न सकिन्छ।

कम-तापमान एपिटेक्सियल प्रविधिको विकास

कम-तापमान एपिटेक्सियल टेक्नोलोजी को सिद्धान्तहरूमा आधारितभौतिक वाष्प निक्षेप (PVD)ररासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD), प्रतिक्रियात्मक म्याग्नेट्रोन स्पटरिङ, प्लाज्मा-असिस्टेड MBE (PA-MBE), पल्स्ड लेजर डिपोजिसन (PLD), पल्स्ड स्पटरिङ डिपोजिसन (PSD), लेजर-असिस्टेड MBE (LMBE), रिमोट प्लाज्मा CVD (RPCVD), माइग्रेसन एन्हान्स्ड अफग्लो (CVD) सहित। MEA-CVD), रिमोट प्लाज्मा एन्हान्स्ड MOCVD (RPEMOCVD), एक्टिभिटी एन्हान्स्ड MOCVD (REMOCVD), इलेक्ट्रोन साइक्लोट्रोन रेजोनान्स प्लाज्मा एन्हान्स्ड MOCVD (ECR-PEMOCVD) र इन्डक्टिवली मिलाएर प्लाज्मा MOCVD (ICP-MOCVD), आदि।

4. PVD सिद्धान्तमा आधारित कम-तापमान एपिटेक्सी प्रविधि

प्रविधि प्रकारहरू

प्रतिक्रियात्मक म्याग्नेट्रोन स्पटरिङ, प्लाज्मा-असिस्टेड MBE (PA-MBE), पल्स्ड लेजर डिपोजिसन (PLD), पल्स्ड स्पटरिङ डिपोजिसन (PSD) र लेजर-असिस्टेड MBE (LMBE) सहित।

प्राविधिक सुविधाहरू

यी प्रविधिहरूले कम तापक्रममा प्रतिक्रिया स्रोतलाई आयनाइज गर्न बाह्य क्षेत्र युग्मन प्रयोग गरेर ऊर्जा प्रदान गर्दछ, जसले गर्दा यसको क्र्याकिङ तापक्रम घटाउँछ र GaN-आधारित सामग्रीहरूको कम-तापमान एपिटेक्सियल वृद्धि हासिल गर्दछ। उदाहरणका लागि, प्रतिक्रियात्मक म्याग्नेट्रोन स्पटरिङ टेक्नोलोजीले स्पटरिङ प्रक्रियाको क्रममा चुम्बकीय क्षेत्र परिचय गराउँछ इलेक्ट्रोनहरूको गतिज ऊर्जा बढाउन र लक्ष्य स्पटरिङ बढाउन N2 र Ar सँग टक्करको सम्भावना बढाउन। एकै समयमा, यसले लक्ष्य भन्दा माथि उच्च-घनत्व प्लाज्मालाई सीमित गर्न सक्छ र सब्सट्रेटमा आयनहरूको बमबारी कम गर्न सक्छ।

चुनौतीहरू

यद्यपि यी प्रविधिहरूको विकासले कम लागत र लचिलो अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू तयार गर्न सम्भव बनाएको छ, तिनीहरूले वृद्धि गुणस्तर, उपकरण जटिलता र लागतको सन्दर्भमा चुनौतीहरू पनि सामना गर्छन्। उदाहरणका लागि, PVD प्रविधिलाई सामान्यतया उच्च भ्याकुम डिग्री चाहिन्छ, जसले प्रभावकारी रूपमा पूर्व-प्रतिक्रियालाई दबाउन सक्छ र उच्च भ्याकुम (जस्तै RHEED, Langmuir प्रोब, इत्यादि) अन्तर्गत काम गर्ने केही इन-सीटु निगरानी उपकरणहरू प्रस्तुत गर्न सक्छ, तर यसले कठिनाई बढाउँछ। ठूलो-क्षेत्र एकसमान निक्षेप को, र उच्च वैक्यूम को सञ्चालन र मर्मत लागत उच्च छ।

5. CVD सिद्धान्तमा आधारित कम-तापमान एपिटेक्सियल प्रविधि

प्रविधि प्रकारहरू

रिमोट प्लाज्मा CVD (RPCVD), माइग्रेसन एन्हान्स्ड आफ्टरग्लो CVD (MEA-CVD), रिमोट प्लाज्मा एन्हान्स्ड MOCVD (RPEMOCVD), गतिविधि परिष्कृत MOCVD (REMOCVD), इलेक्ट्रोन साइक्लोट्रोन रेजोनान्स प्लाज्मा एन्हान्स्ड MOCPECVD (एमओसीपीवीडीडीमा) र प्लाज्मा एन्हान्स्ड एमओसीवीडीडी (एमओसीवीडीडीमा) ICP-MOCVD)।

प्राविधिक फाइदाहरू

यी प्रविधिहरूले विभिन्न प्लाज्मा स्रोतहरू र प्रतिक्रिया संयन्त्रहरू प्रयोग गरेर कम तापक्रममा GaN र InN जस्ता III-नाइट्राइड अर्धचालक सामग्रीहरूको वृद्धि हासिल गर्दछ, जुन ठूलो-क्षेत्र एकसमान जम्मा र लागत घटाउनको लागि अनुकूल छ। उदाहरण को लागी, रिमोट प्लाज्मा CVD (RPCVD) टेक्नोलोजीले प्लाज्मा जेनरेटरको रूपमा ECR स्रोत प्रयोग गर्दछ, जुन कम-दबाव प्लाज्मा जनरेटर हो जसले उच्च-घनत्व प्लाज्मा उत्पन्न गर्न सक्छ। एकै समयमा, प्लाज्मा ल्युमिनेसेन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (OES) टेक्नोलोजी मार्फत, N2+ सँग सम्बन्धित 391 एनएम स्पेक्ट्रम सब्सट्रेट माथि लगभग पत्ता लगाउन नसकिने छ, जसले गर्दा उच्च-ऊर्जा आयनहरूद्वारा नमूना सतहको बमबारीलाई कम गर्दछ।

क्रिस्टल गुणस्तर सुधार गर्नुहोस्

उच्च-ऊर्जा चार्ज गरिएका कणहरूलाई प्रभावकारी रूपमा फिल्टर गरेर एपिटेक्सियल तहको क्रिस्टल गुणस्तर सुधारिएको छ। उदाहरणका लागि, MEA-CVD प्रविधिले RPCVD को ECR प्लाज्मा स्रोतलाई प्रतिस्थापन गर्न HCP स्रोत प्रयोग गर्दछ, यसलाई उच्च-घनत्व प्लाज्मा उत्पादन गर्नको लागि थप उपयुक्त बनाउँछ। एचसीपी स्रोतको फाइदा यो हो कि क्वार्ट्ज डाइलेक्ट्रिक विन्डोको कारणले गर्दा कुनै अक्सिजन प्रदूषण हुँदैन, र यसमा क्यापेसिटिव युग्मन (सीसीपी) प्लाज्मा स्रोत भन्दा उच्च प्लाज्मा घनत्व छ।

6. सारांश र आउटलुक

कम-तापमान एपिटेक्सी प्रविधिको वर्तमान स्थिति

साहित्य अनुसन्धान र विश्लेषण मार्फत, प्राविधिक विशेषताहरू, उपकरण संरचना, काम गर्ने अवस्था र प्रयोगात्मक नतिजाहरू सहित, कम-तापमान एपिटेक्सी प्रविधिको वर्तमान स्थितिलाई रेखांकित गरिएको छ। यी प्रविधिहरूले बाह्य क्षेत्र युग्मन मार्फत ऊर्जा प्रदान गर्दछ, प्रभावकारी रूपमा वृद्धि तापमान घटाउँछ, आकारहीन सब्सट्रेटहरूको विशेषताहरूसँग अनुकूलन गर्दछ, र कम लागत र लचिलो (ओप्टो) इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू तयार गर्ने सम्भावना प्रदान गर्दछ।

भविष्यको अनुसन्धान निर्देशनहरू

कम-तापमान एपिटाक्सी टेक्नोलोजीमा व्यापक प्रयोग सम्भावनाहरू छन्, तर यो अझै अन्वेषण चरणमा छ। ईन्जिनियरिङ् अनुप्रयोगहरूमा समस्याहरू समाधान गर्न उपकरण र प्रक्रिया पक्षहरू दुवैबाट गहिरो अनुसन्धान आवश्यक छ। उदाहरणका लागि, प्लाज्मामा आयन फिल्टरिङ समस्यालाई विचार गर्दा उच्च घनत्वको प्लाज्मा कसरी प्राप्त गर्ने भनेर थप अध्ययन गर्न आवश्यक छ; कम तापमानमा गुहामा पूर्व-प्रतिक्रियालाई प्रभावकारी रूपमा दबाउन ग्यास होमोजेनाइजेसन उपकरणको संरचना कसरी डिजाइन गर्ने; स्प्यार्किङ वा इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक फिल्डहरूले विशेष गुहाको दबाबमा प्लाज्मालाई असर गर्नबाट बच्न कम-तापमान एपिटेक्सियल उपकरणको हीटर कसरी डिजाइन गर्ने।

अपेक्षित योगदान

यो क्षेत्र एक सम्भावित विकास दिशा बन्नेछ र ओप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको अर्को पुस्ताको विकासमा महत्त्वपूर्ण योगदान दिने अपेक्षा गरिएको छ। अनुसन्धानकर्ताहरूको गहिरो ध्यान र बलियो पदोन्नतिको साथ, यो क्षेत्र भविष्यमा सम्भावित विकास दिशामा बढ्नेछ र (ओप्टोइलेक्ट्रोनिक) उपकरणहरूको अर्को पुस्ताको विकासमा महत्त्वपूर्ण योगदान गर्नेछ।