GaN அடிப்படையிலான குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பம்

1. GaN அடிப்படையிலான பொருட்களின் முக்கியத்துவம்

GaN-அடிப்படையிலான குறைக்கடத்தி பொருட்கள் பரந்த பேண்ட்கேப் பண்புகள், உயர் முறிவு புலம் வலிமை மற்றும் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் போன்ற சிறந்த பண்புகளால் ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள், பவர் எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் மற்றும் ரேடியோ அதிர்வெண் நுண்ணலை சாதனங்கள் தயாரிப்பதில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த சாதனங்கள் குறைக்கடத்தி விளக்குகள், திட-நிலை புற ஊதா ஒளி மூலங்கள், சூரிய ஒளிமின்னழுத்தங்கள், லேசர் காட்சி, நெகிழ்வான காட்சி திரைகள், மொபைல் தகவல்தொடர்புகள், மின்சாரம், புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள், ஸ்மார்ட் கட்டங்கள் போன்ற தொழில்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் தொழில்நுட்பம் மற்றும் சந்தை மிகவும் முதிர்ச்சியடைந்து வருகிறது.

பாரம்பரிய எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தின் வரம்புகள்

போன்ற GaN அடிப்படையிலான பொருட்களுக்கான பாரம்பரிய எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பங்கள்MOCVDமற்றும்எம்பிஇபொதுவாக அதிக வெப்பநிலை நிலைகள் தேவை, இவை கண்ணாடி மற்றும் பிளாஸ்டிக் போன்ற உருவமற்ற அடி மூலக்கூறுகளுக்கு பொருந்தாது, ஏனெனில் இந்த பொருட்கள் அதிக வளர்ச்சி வெப்பநிலையை தாங்க முடியாது. எடுத்துக்காட்டாக, பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் மிதவை கண்ணாடி 600 டிகிரி செல்சியஸ் அதிகமாக இருக்கும் நிலையில் மென்மையாக மாறும். குறைந்த வெப்பநிலைக்கான தேவைepitaxy தொழில்நுட்பம்: குறைந்த விலை மற்றும் நெகிழ்வான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் (எலக்ட்ரானிக்) சாதனங்களுக்கான தேவை அதிகரித்து வருவதால், குறைந்த வெப்பநிலையில் எதிர்வினை முன்னோடிகளை சிதைக்க வெளிப்புற மின்சார புல ஆற்றலைப் பயன்படுத்தும் எபிடாக்சியல் கருவிகளுக்கான தேவை உள்ளது. இந்த தொழில்நுட்பம் குறைந்த வெப்பநிலையில் மேற்கொள்ளப்படலாம், உருவமற்ற அடி மூலக்கூறுகளின் பண்புகளுக்கு ஏற்றவாறு, குறைந்த விலை மற்றும் நெகிழ்வான (ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்) சாதனங்களை தயாரிப்பதற்கான சாத்தியத்தை வழங்குகிறது.

2. GaN அடிப்படையிலான பொருட்களின் படிக அமைப்பு

படிக அமைப்பு வகை

GaN-அடிப்படையிலான பொருட்களில் முக்கியமாக GaN, InN, AlN மற்றும் அவற்றின் மும்மடங்கு மற்றும் குவாட்டர்னரி திட தீர்வுகள் அடங்கும், வூர்ட்சைட், ஸ்பேலரைட் மற்றும் பாறை உப்பு ஆகிய மூன்று படிக அமைப்புகளுடன், அவற்றில் வூர்ட்சைட் அமைப்பு மிகவும் நிலையானது. ஸ்பேலரைட் அமைப்பு என்பது ஒரு மெட்டாஸ்டபிள் கட்டமாகும், இது அதிக வெப்பநிலையில் வூர்ட்சைட் கட்டமைப்பாக மாற்றப்படலாம், மேலும் குறைந்த வெப்பநிலையில் பிழைகளை அடுக்கி வைக்கும் வடிவத்தில் வூர்ட்சைட் கட்டமைப்பில் இருக்கலாம். பாறை உப்பு அமைப்பு GaN இன் உயர் அழுத்தக் கட்டம் மற்றும் மிக அதிக அழுத்த நிலைகளில் மட்டுமே தோன்றும்.

படிக விமானங்களின் சிறப்பியல்பு மற்றும் படிக தரம்

பொதுவான படிக விமானங்களில் போலார் சி-பிளேன், செமி-போலார் எஸ்-பிளேன், ஆர்-பிளேன், என்-பிளேன் மற்றும் துருவமற்ற ஏ-பிளேன் மற்றும் எம்-பிளேன் ஆகியவை அடங்கும். வழக்கமாக, சபையர் மற்றும் Si அடி மூலக்கூறுகளில் எபிடாக்ஸி மூலம் பெறப்படும் GaN-அடிப்படையிலான மெல்லிய படலங்கள் c-plane crystal orientations ஆகும்.

3. எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்ப தேவைகள் மற்றும் செயல்படுத்தல் தீர்வுகள்

தொழில்நுட்ப மாற்றத்தின் அவசியம்

தகவல் மற்றும் நுண்ணறிவு வளர்ச்சியுடன், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் மற்றும் மின்னணு சாதனங்களுக்கான தேவை குறைந்த விலை மற்றும் நெகிழ்வானதாக இருக்கும். இந்தத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்காக, GaN அடிப்படையிலான பொருட்களின் தற்போதைய எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பத்தை மாற்றுவது அவசியம், குறிப்பாக உருவமற்ற அடி மூலக்கூறுகளின் பண்புகளுக்கு ஏற்ப குறைந்த வெப்பநிலையில் மேற்கொள்ளக்கூடிய எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்க வேண்டும்.

குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சி

கொள்கைகளின் அடிப்படையில் குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பம்உடல் நீராவி படிவு (PVD)மற்றும்இரசாயன நீராவி படிவு (CVD), எதிர்வினை மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங், பிளாஸ்மா-உதவி MBE (PA-MBE), துடிப்புள்ள லேசர் படிவு (PLD), பல்ஸ்டு ஸ்பட்டரிங் டெபாசிஷன் (PSD), லேசர்-உதவி MBE (LMBE), ரிமோட் பிளாஸ்மா CVD (RPCVD), இடம்பெயர்வு மேம்படுத்தப்பட்ட பிறகு (RPCVD) MEA-CVD), ரிமோட் பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட MOCVD (RPEMOCVD), செயல்பாடு மேம்படுத்தப்பட்ட MOCVD (REMOCVD), எலக்ட்ரான் சைக்ளோட்ரான் அதிர்வு பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட MOCVD (ECR-PEMOCVD) மற்றும் தூண்டல் இணைக்கப்பட்ட பிளாஸ்மா MOCVD (ICP-MOCVD) போன்றவை.

4. PVD கொள்கையின் அடிப்படையில் குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பம்

தொழில்நுட்ப வகைகள்

எதிர்வினை மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங், பிளாஸ்மா-உதவி MBE (PA-MBE), துடிப்புள்ள லேசர் படிவு (PLD), பல்ஸ்டு ஸ்பட்டரிங் படிவு (PSD) மற்றும் லேசர்-உதவி MBE (LMBE) ஆகியவை அடங்கும்.

தொழில்நுட்ப அம்சங்கள்

இந்த தொழில்நுட்பங்கள் குறைந்த வெப்பநிலையில் எதிர்வினை மூலத்தை அயனியாக்க வெளிப்புற புல இணைப்பினைப் பயன்படுத்தி ஆற்றலை வழங்குகின்றன, இதன் மூலம் அதன் விரிசல் வெப்பநிலையைக் குறைக்கிறது மற்றும் GaN- அடிப்படையிலான பொருட்களின் குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியை அடைகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ரியாக்டிவ் மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் தொழில்நுட்பமானது, எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றலை அதிகரிக்கவும், இலக்கு தெளிப்பை அதிகரிக்கவும் N2 மற்றும் Ar உடன் மோதுவதற்கான நிகழ்தகவை அதிகரிக்கவும், ஸ்பட்டரிங் செயல்பாட்டின் போது ஒரு காந்தப்புலத்தை அறிமுகப்படுத்துகிறது. அதே நேரத்தில், இது அதிக அடர்த்தி கொண்ட பிளாஸ்மாவை இலக்குக்கு மேலே கட்டுப்படுத்தலாம் மற்றும் அடி மூலக்கூறு மீது அயனிகளின் குண்டுவீச்சைக் குறைக்கலாம்.

சவால்கள்

இந்த தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சி குறைந்த விலை மற்றும் நெகிழ்வான ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களை தயாரிப்பதை சாத்தியமாக்கியிருந்தாலும், அவை வளர்ச்சியின் தரம், உபகரணங்களின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் செலவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, PVD தொழில்நுட்பத்திற்கு பொதுவாக அதிக வெற்றிட பட்டம் தேவைப்படுகிறது, இது முன்-எதிர்வினையை திறம்பட அடக்கி, அதிக வெற்றிடத்தின் கீழ் (RHEED, Langmuir probe போன்றவை) வேலை செய்ய வேண்டிய சில உள்-நிலை கண்காணிப்பு உபகரணங்களை அறிமுகப்படுத்துகிறது, ஆனால் அது சிரமத்தை அதிகரிக்கிறது. பெரிய பகுதி சீரான படிவு, மற்றும் அதிக வெற்றிடத்தின் செயல்பாடு மற்றும் பராமரிப்பு செலவு அதிகமாக உள்ளது.

5. CVD கொள்கையின் அடிப்படையில் குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பம்

தொழில்நுட்ப வகைகள்

ரிமோட் பிளாஸ்மா CVD (RPCVD), இடம்பெயர்வு மேம்படுத்தப்பட்ட ஆஃப்டர் க்ளோ CVD (MEA-CVD), ரிமோட் பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட MOCVD (RPEMOCVD), செயல்பாடு மேம்படுத்தப்பட்ட MOCVD (REMOCVD), எலக்ட்ரான் சைக்ளோட்ரான் அதிர்வு பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட MOCVD (ECVD-PEMOCVD) மற்றும் ப்ளாடக்டிவ்லி கப்பல்டு பிளாஸ்மாவை உள்ளடக்கியது ICP-MOCVD).

தொழில்நுட்ப நன்மைகள்

பல்வேறு பிளாஸ்மா மூலங்கள் மற்றும் எதிர்வினை வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்தி குறைந்த வெப்பநிலையில் GaN மற்றும் InN போன்ற III-நைட்ரைடு குறைக்கடத்திப் பொருட்களின் வளர்ச்சியை இந்தத் தொழில்நுட்பங்கள் அடைகின்றன, இது பெரிய பகுதி சீரான படிவு மற்றும் செலவுக் குறைப்புக்கு உகந்தது. எடுத்துக்காட்டாக, ரிமோட் பிளாஸ்மா சிவிடி (ஆர்பிசிவிடி) தொழில்நுட்பம் ஈசிஆர் மூலத்தை பிளாஸ்மா ஜெனரேட்டராகப் பயன்படுத்துகிறது, இது உயர் அடர்த்தி பிளாஸ்மாவை உருவாக்கக்கூடிய குறைந்த அழுத்த பிளாஸ்மா ஜெனரேட்டராகும். அதே நேரத்தில், பிளாஸ்மா லுமினென்சென்ஸ் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (OES) தொழில்நுட்பத்தின் மூலம், N2+ உடன் தொடர்புடைய 391 nm ஸ்பெக்ட்ரம் அடி மூலக்கூறுக்கு மேலே கிட்டத்தட்ட கண்டறிய முடியாதது, இதன் மூலம் உயர் ஆற்றல் அயனிகளால் மாதிரி மேற்பரப்பில் குண்டு வீசுவதைக் குறைக்கிறது.

படிக தரத்தை மேம்படுத்தவும்

உயர்-ஆற்றல் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களை திறம்பட வடிகட்டுவதன் மூலம் எபிடாக்சியல் அடுக்கின் படிகத் தரம் மேம்படுத்தப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, MEA-CVD தொழில்நுட்பமானது RPCVD இன் ECR பிளாஸ்மா மூலத்தை மாற்றுவதற்கு HCP மூலத்தைப் பயன்படுத்துகிறது, இது அதிக அடர்த்தி கொண்ட பிளாஸ்மாவை உருவாக்குவதற்கு மிகவும் பொருத்தமானதாக அமைகிறது. HCP மூலத்தின் நன்மை என்னவென்றால், குவார்ட்ஸ் மின்கடத்தா சாளரத்தால் ஆக்ஸிஜன் மாசுபாடு இல்லை, மேலும் இது கொள்ளளவு இணைப்பு (CCP) பிளாஸ்மா மூலத்தை விட அதிக பிளாஸ்மா அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது.

6. சுருக்கம் மற்றும் அவுட்லுக்

குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தின் தற்போதைய நிலை

இலக்கிய ஆராய்ச்சி மற்றும் பகுப்பாய்வு மூலம், குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தின் தற்போதைய நிலை, தொழில்நுட்ப பண்புகள், உபகரண அமைப்பு, வேலை நிலைமைகள் மற்றும் சோதனை முடிவுகள் உட்பட கோடிட்டுக் காட்டப்பட்டுள்ளது. இந்த தொழில்நுட்பங்கள் வெளிப்புற புல இணைப்பின் மூலம் ஆற்றலை வழங்குகின்றன, வளர்ச்சி வெப்பநிலையை திறம்பட குறைக்கின்றன, உருவமற்ற அடி மூலக்கூறுகளின் பண்புகளுக்கு ஏற்றவாறு மாற்றியமைக்கின்றன, மேலும் குறைந்த விலை மற்றும் நெகிழ்வான (opto) மின்னணு சாதனங்களை தயாரிப்பதற்கான வாய்ப்பை வழங்குகின்றன.

எதிர்கால ஆராய்ச்சி திசைகள்

குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பம் பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் அது இன்னும் ஆய்வு நிலையில் உள்ளது. பொறியியல் பயன்பாடுகளில் உள்ள சிக்கல்களைத் தீர்க்க, சாதனங்கள் மற்றும் செயல்முறை அம்சங்களில் இருந்து ஆழமான ஆராய்ச்சி தேவைப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, பிளாஸ்மாவில் உள்ள அயன் வடிகட்டுதல் சிக்கலைக் கருத்தில் கொண்டு, அதிக அடர்த்தி கொண்ட பிளாஸ்மாவை எவ்வாறு பெறுவது என்பதை மேலும் ஆய்வு செய்வது அவசியம்; குறைந்த வெப்பநிலையில் குழியில் உள்ள முன்-எதிர்வினையை திறம்பட அடக்குவதற்கு வாயு ஒத்திசைவு சாதனத்தின் கட்டமைப்பை எவ்வாறு வடிவமைப்பது; ஒரு குறிப்பிட்ட குழி அழுத்தத்தில் பிளாஸ்மாவை பாதிக்கும் தீப்பொறி அல்லது மின்காந்த புலங்களைத் தவிர்க்க குறைந்த வெப்பநிலை எபிடாக்சியல் உபகரணங்களின் ஹீட்டரை எவ்வாறு வடிவமைப்பது.

எதிர்பார்த்த பங்களிப்பு

இந்தத் துறையானது ஒரு சாத்தியமான வளர்ச்சித் திசையாக மாறும் மற்றும் அடுத்த தலைமுறை ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களின் வளர்ச்சிக்கு முக்கிய பங்களிப்பைச் செய்யும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்களின் தீவிர கவனம் மற்றும் தீவிர ஊக்குவிப்புடன், இந்தத் துறையானது எதிர்காலத்தில் சாத்தியமான வளர்ச்சித் திசையாக வளரும் மற்றும் அடுத்த தலைமுறை (ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்) சாதனங்களின் வளர்ச்சிக்கு முக்கிய பங்களிப்பைச் செய்யும்.