ເທກໂນໂລຍີ epitaxy ອຸນຫະພູມຕໍ່າໂດຍອີງໃສ່ GaN

1. ຄວາມສໍາຄັນຂອງວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ GaN

ວັດສະດຸ semiconductor ທີ່ອີງໃສ່ GaN ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການກະກຽມອຸປະກອນ optoelectronic, ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານແລະອຸປະກອນ microwave ຄວາມຖີ່ວິທະຍຸເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດທີ່ດີເລີດຂອງເຂົາເຈົ້າເຊັ່ນ: ລັກສະນະ bandgap ກ້ວາງ, ຄວາມເຂັ້ມແຂງພາກສະຫນາມ breakdown ສູງແລະການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ. ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອຸດສາຫະກໍາເຊັ່ນ: ແສງ semiconductor, ແຫຼ່ງແສງ ultraviolet ແຂງຂອງລັດ, photovoltaics ແສງຕາເວັນ, ຈໍສະແດງຜົນ laser, ຫນ້າຈໍສະແດງຜົນທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ການສື່ສານໂທລະສັບມືຖື, ການສະຫນອງພະລັງງານ, ຍານພາຫະນະພະລັງງານໃຫມ່, ຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ smart, ແລະອື່ນໆ, ແລະເຕັກໂນໂລຊີແລະ. ຕະຫຼາດກາຍເປັນຜູ້ໃຫຍ່ຫຼາຍ.

ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງເທກໂນໂລຍີ epitaxy ແບບດັ້ງເດີມ

ເທກໂນໂລຍີການຂະຫຍາຍຕົວ epitaxial ແບບດັ້ງເດີມສໍາລັບວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ GaN ເຊັ່ນ:MOCVDແລະMBEປົກກະຕິແລ້ວຕ້ອງການເງື່ອນໄຂອຸນຫະພູມສູງ, ເຊິ່ງບໍ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ກັບ substrates amorphous ເຊັ່ນແກ້ວແລະພາດສະຕິກເນື່ອງຈາກວ່າວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ສາມາດທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ສູງຂຶ້ນ. ຕົວຢ່າງ, ແກ້ວລອຍທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປຈະອ່ອນລົງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ເກີນ 600 ອົງສາ C. ຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບອຸນຫະພູມຕ່ໍາເຕັກ​ໂນ​ໂລ​ຊີ epitaxy​: ດ້ວຍຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສໍາລັບອຸປະກອນ optoelectronic (ເອເລັກໂຕຣນິກ) ທີ່ມີລາຄາຖືກແລະມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ມີຄວາມຕ້ອງການອຸປະກອນ epitaxial ທີ່ໃຊ້ພະລັງງານພາກສະຫນາມໄຟຟ້າພາຍນອກເພື່ອ crack ປະຕິກິລິຢາ precursors ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. ເທກໂນໂລຍີນີ້ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ການປັບຕົວກັບຄຸນລັກສະນະຂອງ substrates amorphous, ແລະສະຫນອງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກະກຽມອຸປະກອນທີ່ມີລາຄາຖືກແລະມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ (optoelectronic).

2. ໂຄງປະກອບການໄປເຊຍກັນຂອງວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ GaN

ປະເພດໂຄງສ້າງຂອງ Crystal

ວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ GaN ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍ GaN, InN, AlN ແລະການແກ້ໄຂແຂງ ternary ແລະ quaternary ຂອງເຂົາເຈົ້າ, ມີສາມໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນຂອງ wurtzite, sphalerite ແລະ rock salt, ໃນນັ້ນໂຄງສ້າງ wurtzite ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ສຸດ. ໂຄງສ້າງ sphalerite ແມ່ນໄລຍະ metastable, ເຊິ່ງສາມາດປ່ຽນເປັນໂຄງສ້າງ wurtzite ໃນອຸນຫະພູມສູງ, ແລະສາມາດມີຢູ່ໃນໂຄງສ້າງ wurtzite ໃນຮູບແບບຂອງຄວາມຜິດ stacking ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ. ໂຄງປະກອບການເກືອຫີນແມ່ນໄລຍະຄວາມກົດດັນສູງຂອງ GaN ແລະພຽງແຕ່ສາມາດປາກົດພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຄວາມກົດດັນສູງທີ່ສຸດ.

ລັກສະນະຂອງຍົນໄປເຊຍກັນແລະຄຸນນະພາບໄປເຊຍກັນ

ຍົນໄປເຊຍກັນທົ່ວໄປປະກອບມີ Polar c-plane, semi-polar s-plane, r-plane, n-plane, and non-polar a-plane and m-plane. ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວ, ຮູບເງົາບາງໆທີ່ອີງໃສ່ GaN ທີ່ໄດ້ຮັບໂດຍ epitaxy ເທິງ sapphire ແລະ Si substrates ແມ່ນການປະຖົມນິເທດຂອງ c-plane crystal.

3. ຄວາມຕ້ອງການດ້ານເຕັກໂນໂລຢີ Epitaxy ແລະການແກ້ໄຂການປະຕິບັດ

ຄວາມຈໍາເປັນຂອງການປ່ຽນແປງທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຢີ

ດ້ວຍການພັດທະນາການໃຫ້ຂໍ້ມູນແລະປັນຍາ, ຄວາມຕ້ອງການອຸປະກອນ optoelectronic ແລະອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະມີລາຄາຖືກແລະມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ. ເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການເຫຼົ່ານີ້, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງມີການປ່ຽນແປງເຕັກໂນໂລຢີ epitaxial ທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຂອງວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ GaN, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການພັດທະນາເທກໂນໂລຍີ epitaxial ທີ່ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາເພື່ອປັບຕົວກັບລັກສະນະຂອງ substrates amorphous.

ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial ອຸນຫະພູມຕ່ໍາ

ເທກໂນໂລຍີ epitaxial ອຸນຫະພູມຕ່ໍາໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການຂອງການປ່ອຍອາຍພິດທາງກາຍະພາບ (PVD)ແລະອາຍ​ພິດ​ເຄ​ມີ (CVD), ລວມທັງ sputtering magnetron reactive, plasma-assisted MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD), laser-assisted MBE (LMBE), remote plasma CVD (RPCVD), migration enhanced afterglow CVD ( MEA-CVD), ການປັບປຸງ MOCVD ຫ່າງໄກສອກຫຼີກ, MOCVD (RPEMOCVD), ກິດຈະກໍາທີ່ປັບປຸງ MOCVD (REMOCVD), electron cyclotron resonance plasma ປັບປຸງ MOCVD (ECR-PEMOCVD) ແລະ inductively plasma MOCVD (ICP-MOCVD), ແລະອື່ນໆ.

4. ເທກໂນໂລຍີ epitaxy ອຸນຫະພູມຕ່ໍາໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການ PVD

ປະເພດເຕັກໂນໂລຊີ

ລວມທັງການສະກົດແມ່ເຫຼັກທີ່ມີປະຕິກິລິຍາ, plasma-assisted MBE (PA-MBE), pulsed laser deposition (PLD), pulsed sputtering deposition (PSD) ແລະ laser-assisted MBE (LMBE).

ລັກສະນະດ້ານວິຊາການ

ເທກໂນໂລຍີເຫຼົ່ານີ້ສະຫນອງພະລັງງານໂດຍການນໍາໃຊ້ການສົມທົບພາກສະຫນາມພາຍນອກເພື່ອ ionize ແຫຼ່ງຕິກິຣິຍາຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ດັ່ງນັ້ນການຫຼຸດຜ່ອນອຸນຫະພູມ cracking ຂອງຕົນແລະບັນລຸການຂະຫຍາຍຕົວ epitaxial ອຸນຫະພູມຕ່ໍາຂອງວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ GaN. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ເຕັກໂນໂລຊີ sputtering magnetron reactive ແນະນໍາພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ sputtering ເພື່ອເພີ່ມພະລັງງານ kinetic ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກແລະເພີ່ມຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການ collision ກັບ N2 ແລະ Ar ເສີມຂະຫຍາຍ sputtering ເປົ້າຫມາຍ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ມັນຍັງສາມາດຈໍາກັດ plasma ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງເຫນືອເປົ້າຫມາຍແລະຫຼຸດຜ່ອນການລະເບີດຂອງ ions ເທິງ substrate.

ສິ່ງທ້າທາຍ

ເຖິງແມ່ນວ່າການພັດທະນາຂອງເຕັກໂນໂລຢີເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະກະກຽມອຸປະກອນ optoelectronic ທີ່ມີລາຄາຖືກແລະມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ພວກມັນຍັງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍໃນດ້ານຄຸນນະພາບການເຕີບໂຕ, ຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງອຸປະກອນແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, ເຕັກໂນໂລຢີ PVD ປົກກະຕິແລ້ວຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີລະດັບສູນຍາກາດສູງ, ເຊິ່ງສາມາດສະກັດກັ້ນການເກີດປະຕິກິລິຢາກ່ອນແລະແນະນໍາອຸປະກອນຕິດຕາມກວດກາຢູ່ໃນສະຖານທີ່ບາງຢ່າງທີ່ຕ້ອງເຮັດວຽກພາຍໃຕ້ສູນຍາກາດສູງ (ເຊັ່ນ RHEED, Langmuir probe, ແລະອື່ນໆ), ແຕ່ມັນເພີ່ມຄວາມຫຍຸ້ງຍາກ. ພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງເງິນຝາກເປັນເອກະພາບ, ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການດໍາເນີນງານແລະການບໍາລຸງຮັກສາຂອງສູນຍາກາດສູງແມ່ນສູງ.

5. ເທກໂນໂລຍີ epitaxial ອຸນຫະພູມຕ່ໍາໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການ CVD

ປະເພດເຕັກໂນໂລຊີ

ລວມທັງໄລຍະໄກ plasma CVD (RPCVD), ການເຄື່ອນຍ້າຍທີ່ປັບປຸງຫຼັງ CVD (MEA-CVD), ໄລຍະໄກ plasma ປັບປຸງ MOCVD (RPEMOCVD), ກິດຈະກໍາທີ່ປັບປຸງ MOCVD (REMOCVD), electron cyclotron resonance plasma ປັບປຸງ MOCVD (ECR-PEMOCVD) ແລະ plasma ຄູ່ກັບ inductively. ICP-MOCVD).

ຂໍ້ໄດ້ປຽບດ້ານວິຊາການ

ເທກໂນໂລຍີເຫຼົ່ານີ້ບັນລຸການເຕີບໂຕຂອງວັດສະດຸ semiconductor III-nitride ເຊັ່ນ GaN ແລະ InN ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາໂດຍການນໍາໃຊ້ແຫຼ່ງ plasma ທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະກົນໄກການຕິກິຣິຍາ, ທີ່ເອື້ອອໍານວຍໃຫ້ແກ່ພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງພື້ນທີ່ເກັບແລະຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, ເຕັກໂນໂລຊີ plasma CVD (RPCVD) ໄລຍະໄກໃຊ້ແຫຼ່ງ ECR ເປັນເຄື່ອງກໍາເນີດ plasma, ເຊິ່ງເປັນເຄື່ອງກໍາເນີດ plasma ທີ່ມີຄວາມກົດດັນຕ່ໍາທີ່ສາມາດສ້າງ plasma ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ໂດຍຜ່ານເຕັກໂນໂລຊີ plasma luminescence spectroscopy (OES), spectrum 391 nm ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ N2+ ແມ່ນເກືອບບໍ່ສາມາດກວດພົບໄດ້ຂ້າງເທິງ substrate, ດັ່ງນັ້ນການຫຼຸດຜ່ອນການລະເບີດຂອງຫນ້າດິນຕົວຢ່າງໂດຍ ions ພະລັງງານສູງ.

ປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກ

ຄຸນນະພາບຂອງໄປເຊຍກັນຂອງຊັ້ນ epitaxial ໄດ້ຖືກປັບປຸງໂດຍການກັ່ນຕອງອະນຸພາກທີ່ມີພະລັງງານສູງທີ່ມີປະສິດຕິຜົນ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, ເຕັກໂນໂລຢີ MEA-CVD ໃຊ້ແຫຼ່ງ HCP ເພື່ອທົດແທນແຫຼ່ງ ECR plasma ຂອງ RPCVD, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບການສ້າງ plasma ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ. ປະໂຫຍດຂອງແຫຼ່ງ HCP ແມ່ນວ່າບໍ່ມີການປົນເປື້ອນຂອງອົກຊີເຈນທີ່ເກີດຈາກປ່ອງຢ້ຽມ dielectric quartz, ແລະມັນມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ plasma ສູງກວ່າແຫຼ່ງ plasma capacitive coupling (CCP).

6. ບົດສະຫຼຸບ ແລະ ການຄາດຄະເນ

ສະຖານະການໃນປະຈຸບັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy ອຸນຫະພູມຕ່ໍາ

ໂດຍຜ່ານການຄົ້ນຄວ້າວັນນະຄະດີແລະການວິເຄາະ, ສະຖານະການໃນປະຈຸບັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy ອຸນຫະພູມຕ່ໍາໄດ້ຖືກລະບຸໄວ້, ລວມທັງລັກສະນະດ້ານວິຊາການ, ໂຄງສ້າງອຸປະກອນ, ສະພາບການເຮັດວຽກແລະຜົນການທົດລອງ. ເຕັກໂນໂລຊີເຫຼົ່ານີ້ສະຫນອງພະລັງງານໂດຍຜ່ານການ coupling ພາກສະຫນາມພາຍນອກ, ປະສິດທິພາບການຫຼຸດຜ່ອນອຸນຫະພູມການຂະຫຍາຍຕົວ, ປັບຕົວກັບລັກສະນະຂອງ substrates amorphous, ແລະສະຫນອງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກະກຽມອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີລາຄາຖືກແລະມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ (opto).

ທິດທາງການຄົ້ນຄວ້າໃນອະນາຄົດ

ເທກໂນໂລຍີ epitaxy ອຸນຫະພູມຕ່ໍາມີຄວາມສົດໃສດ້ານໃນການນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ແຕ່ວ່າມັນຍັງຢູ່ໃນຂັ້ນຕອນຂອງການສໍາຫຼວດ. ມັນຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຄົ້ນຄວ້າໃນຄວາມເລິກຈາກທັງສອງດ້ານອຸປະກອນແລະຂະບວນການເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກວິສະວະກໍາ. ຕົວຢ່າງ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ສຶກສາຕື່ມອີກກ່ຽວກັບວິທີການໄດ້ຮັບ plasma ຄວາມຫນາແຫນ້ນທີ່ສູງຂຶ້ນໃນຂະນະທີ່ພິຈາລະນາບັນຫາການກັ່ນຕອງ ion ໃນ plasma; ວິທີການອອກແບບໂຄງສ້າງຂອງອຸປະກອນ homogenization ອາຍແກັສເພື່ອສະກັດກັ້ນປະຕິກິລິຢາທາງສ່ວນຫນ້າຂອງທາດອາຍຜິດໃນຮູຢູ່ອຸນຫະພູມຕ່ໍາ; ວິທີການອອກແບບເຄື່ອງເຮັດຄວາມຮ້ອນຂອງອຸປະກອນ epitaxial ອຸນຫະພູມຕ່ໍາເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການ sparking ຫຼືພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຜົນກະທົບຕໍ່ plasma ຢູ່ໃນຄວາມກົດດັນຢູ່ຕາມໂກນສະເພາະ.

ການປະກອບສ່ວນທີ່ຄາດວ່າຈະ

ຄາດ​ວ່າ​ຂະ​ແໜງ​ການ​ນີ້​ຈະ​ກາຍ​ເປັນ​ທິດ​ທາງ​ການ​ພັດທະນາ​ທີ່​ມີ​ທ່າ​ແຮງ ​ແລະ ປະກອບສ່ວນ​ສຳຄັນ​ເຂົ້າ​ໃນ​ການ​ພັດທະນາ​ອຸປະກອນ optoelectronic ລຸ້ນ​ໃໝ່. ດ້ວຍຄວາມເອົາໃຈໃສ່ແລະການສົ່ງເສີມຢ່າງແຂງແຮງຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າ, ພາກສະຫນາມນີ້ຈະເຕີບໂຕໄປສູ່ທິດທາງການພັດທະນາທີ່ມີທ່າແຮງໃນອະນາຄົດແລະເຮັດໃຫ້ການປະກອບສ່ວນທີ່ສໍາຄັນໃນການພັດທະນາອຸປະກອນ (optoelectronic) ລຸ້ນຕໍ່ໄປ.