GaN-ఆధారిత తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత

1. GaN-ఆధారిత పదార్థాల ప్రాముఖ్యత

GaN-ఆధారిత సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్ లక్షణాలు, అధిక బ్రేక్‌డౌన్ ఫీల్డ్ బలం మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాల కారణంగా ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు, పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మరియు రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ మైక్రోవేవ్ పరికరాల తయారీలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ పరికరాలు సెమీకండక్టర్ లైటింగ్, సాలిడ్-స్టేట్ అతినీలలోహిత కాంతి వనరులు, సోలార్ ఫోటోవోల్టాయిక్స్, లేజర్ డిస్‌ప్లే, ఫ్లెక్సిబుల్ డిస్‌ప్లే స్క్రీన్‌లు, మొబైల్ కమ్యూనికేషన్‌లు, పవర్ సప్లైస్, కొత్త ఎనర్జీ వెహికల్స్, స్మార్ట్ గ్రిడ్‌లు మొదలైన పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి మరియు సాంకేతికత మరియు మార్కెట్ మరింత పరిణతి చెందుతోంది.

సాంప్రదాయ ఎపిటాక్సీ టెక్నాలజీ పరిమితులు

వంటి GaN-ఆధారిత పదార్థాల కోసం సాంప్రదాయ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీలుMOCVDమరియుMBEసాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులు అవసరమవుతాయి, ఇవి గాజు మరియు ప్లాస్టిక్‌ల వంటి నిరాకార ఉపరితలాలకు వర్తించవు ఎందుకంటే ఈ పదార్థాలు అధిక పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రతలను తట్టుకోలేవు. ఉదాహరణకు, సాధారణంగా ఉపయోగించే ఫ్లోట్ గ్లాస్ 600°C కంటే మించిన పరిస్థితుల్లో మృదువుగా ఉంటుంది. తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత కోసం డిమాండ్ఎపిటాక్సీ టెక్నాలజీ: తక్కువ-ధర మరియు సౌకర్యవంతమైన ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ (ఎలక్ట్రానిక్) పరికరాలకు పెరుగుతున్న డిమాండ్‌తో, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ప్రతిచర్య పూర్వగాములను పగులగొట్టడానికి బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్ర శక్తిని ఉపయోగించే ఎపిటాక్సియల్ పరికరాలకు డిమాండ్ ఉంది. ఈ సాంకేతికత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నిర్వహించబడుతుంది, నిరాకార ఉపరితల లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు తక్కువ ధర మరియు సౌకర్యవంతమైన (ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్) పరికరాలను సిద్ధం చేసే అవకాశాన్ని అందిస్తుంది.

2. GaN-ఆధారిత పదార్థాల క్రిస్టల్ నిర్మాణం

క్రిస్టల్ నిర్మాణం రకం

GaN-ఆధారిత పదార్థాలలో ప్రధానంగా GaN, InN, AlN మరియు వాటి టెర్నరీ మరియు క్వాటర్నరీ సాలిడ్ సొల్యూషన్స్ ఉన్నాయి, ఇందులో వర్ట్‌జైట్, స్పాలరైట్ మరియు రాక్ సాల్ట్ యొక్క మూడు క్రిస్టల్ నిర్మాణాలు ఉన్నాయి, వీటిలో వర్ట్‌జైట్ నిర్మాణం అత్యంత స్థిరంగా ఉంటుంది. స్ఫాలరైట్ నిర్మాణం అనేది మెటాస్టేబుల్ దశ, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వర్ట్‌జైట్ నిర్మాణంగా మార్చబడుతుంది మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌ల రూపంలో వర్ట్‌జైట్ నిర్మాణంలో ఉంటుంది. రాతి ఉప్పు నిర్మాణం GaN యొక్క అధిక-పీడన దశ మరియు చాలా అధిక పీడన పరిస్థితులలో మాత్రమే కనిపిస్తుంది.

స్ఫటిక విమానాల లక్షణం మరియు క్రిస్టల్ నాణ్యత

సాధారణ క్రిస్టల్ ప్లేన్‌లలో పోలార్ సి-ప్లేన్, సెమీ-పోలార్ ఎస్-ప్లేన్, ఆర్-ప్లేన్, ఎన్-ప్లేన్ మరియు నాన్-పోలార్ ఎ-ప్లేన్ మరియు ఎమ్-ప్లేన్ ఉన్నాయి. సాధారణంగా, నీలమణి మరియు Si సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై ఎపిటాక్సీ ద్వారా పొందిన GaN-ఆధారిత సన్నని చలనచిత్రాలు c-ప్లేన్ క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్‌లు.

3. ఎపిటాక్సీ సాంకేతిక అవసరాలు మరియు అమలు పరిష్కారాలు

సాంకేతిక మార్పు అవసరం

ఇన్ఫర్మేటైజేషన్ మరియు ఇంటెలిజెన్స్ అభివృద్ధితో, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు మరియు ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల డిమాండ్ తక్కువ-ధర మరియు అనువైనదిగా ఉంటుంది. ఈ అవసరాలను తీర్చడానికి, GaN-ఆధారిత పదార్థాల యొక్క ప్రస్తుత ఎపిటాక్సియల్ సాంకేతికతను మార్చడం అవసరం, ప్రత్యేకించి నిరాకార ఉపరితల లక్షణాలకు అనుగుణంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నిర్వహించగల ఎపిటాక్సియల్ సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేయడం అవసరం.

తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి

సూత్రాల ఆధారంగా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీభౌతిక ఆవిరి నిక్షేపణ (PVD)మరియురసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD), రియాక్టివ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పుట్టరింగ్, ప్లాస్మా-సహాయక MBE (PA-MBE), పల్సెడ్ లేజర్ డిపాజిషన్ (PLD), పల్సెడ్ స్పుట్టరింగ్ డిపాజిషన్ (PSD), లేజర్-సహాయక MBE (LMBE), రిమోట్ ప్లాస్మా CVD (RPCVD), మైగ్రేషన్ మెరుగుపరచబడిన తర్వాత (GV) MEA-CVD), రిమోట్ ప్లాస్మా మెరుగుపరచబడిన MOCVD (RPEMOCVD), కార్యాచరణ మెరుగుపరచబడిన MOCVD (REMOCVD), ఎలక్ట్రాన్ సైక్లోట్రాన్ రెసొనెన్స్ ప్లాస్మా మెరుగుపరచబడిన MOCVD (ECR-PEMOCVD) మరియు ప్రేరకంగా కపుల్డ్ ప్లాస్మా MOCVD (ICP-MOCVD), మొదలైనవి.

4. PVD సూత్రం ఆధారంగా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత

సాంకేతిక రకాలు

రియాక్టివ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పుట్టరింగ్, ప్లాస్మా-సహాయక MBE (PA-MBE), పల్సెడ్ లేజర్ డిపాజిషన్ (PLD), పల్సెడ్ స్పుట్టరింగ్ డిపాజిషన్ (PSD) మరియు లేజర్-సహాయక MBE (LMBE)తో సహా.

సాంకేతిక లక్షణాలు

ఈ సాంకేతికతలు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రతిచర్య మూలాన్ని అయనీకరణం చేయడానికి బాహ్య ఫీల్డ్ కప్లింగ్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా శక్తిని అందిస్తాయి, తద్వారా దాని పగుళ్ల ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తుంది మరియు GaN-ఆధారిత పదార్థాల తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిని సాధిస్తుంది. ఉదాహరణకు, రియాక్టివ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పుట్టరింగ్ టెక్నాలజీ ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క గతి శక్తిని పెంచడానికి మరియు లక్ష్య స్పుట్టరింగ్‌ను మెరుగుపరచడానికి N2 మరియు Arతో ఢీకొనే సంభావ్యతను పెంచడానికి స్పుట్టరింగ్ ప్రక్రియలో అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని పరిచయం చేస్తుంది. అదే సమయంలో, ఇది అధిక-సాంద్రత కలిగిన ప్లాస్మాను లక్ష్యానికి పైన నిర్బంధించగలదు మరియు ఉపరితలంపై అయాన్ల బాంబులను తగ్గించగలదు.

సవాళ్లు

ఈ సాంకేతికతల అభివృద్ధి తక్కువ-ధర మరియు సౌకర్యవంతమైన ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను సిద్ధం చేయడం సాధ్యం చేసినప్పటికీ, అవి వృద్ధి నాణ్యత, పరికరాల సంక్లిష్టత మరియు ధరల పరంగా కూడా సవాళ్లను ఎదుర్కొంటాయి. ఉదాహరణకు, PVD టెక్నాలజీకి సాధారణంగా అధిక వాక్యూమ్ డిగ్రీ అవసరమవుతుంది, ఇది ప్రీ-రియాక్షన్‌ను సమర్థవంతంగా అణిచివేస్తుంది మరియు అధిక వాక్యూమ్‌లో (RHEED, లాంగ్‌ముయిర్ ప్రోబ్ వంటివి) పని చేయాల్సిన కొన్ని ఇన్-సిటు మానిటరింగ్ పరికరాలను పరిచయం చేస్తుంది, అయితే ఇది కష్టాన్ని పెంచుతుంది. పెద్ద-ప్రాంతం ఏకరీతి నిక్షేపణ, మరియు అధిక వాక్యూమ్ యొక్క ఆపరేషన్ మరియు నిర్వహణ ఖర్చు ఎక్కువగా ఉంటుంది.

5. CVD సూత్రం ఆధారంగా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ

సాంకేతిక రకాలు

రిమోట్ ప్లాస్మా CVD (RPCVD), మైగ్రేషన్ మెరుగుపరచబడిన ఆఫ్టర్‌గ్లో CVD (MEA-CVD), రిమోట్ ప్లాస్మా మెరుగుపరచబడిన MOCVD (RPEMOCVD), కార్యాచరణ మెరుగుపరచబడిన MOCVD (REMOCVD), ఎలక్ట్రాన్ సైక్లోట్రాన్ రెసొనెన్స్ ప్లాస్మా మెరుగుపరచబడిన MOCVD (ECVD (ECR-PEMOCVD) ఇన్‌డక్టివ్‌లీ కపుల్డ్ ప్లాస్మాతో సహా. ICP-MOCVD).

సాంకేతిక ప్రయోజనాలు

ఈ సాంకేతికతలు వేర్వేరు ప్లాస్మా మూలాలు మరియు ప్రతిచర్య విధానాలను ఉపయోగించడం ద్వారా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద GaN మరియు InN వంటి III-నైట్రైడ్ సెమీకండక్టర్ పదార్థాల వృద్ధిని సాధిస్తాయి, ఇది పెద్ద-ప్రాంత ఏకరీతి నిక్షేపణ మరియు వ్యయ తగ్గింపుకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, రిమోట్ ప్లాస్మా CVD (RPCVD) సాంకేతికత ECR మూలాన్ని ప్లాస్మా జనరేటర్‌గా ఉపయోగిస్తుంది, ఇది అధిక సాంద్రత కలిగిన ప్లాస్మాను ఉత్పత్తి చేయగల తక్కువ-పీడన ప్లాస్మా జనరేటర్. అదే సమయంలో, ప్లాస్మా ల్యుమినిసెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (OES) సాంకేతికత ద్వారా, N2+తో అనుబంధించబడిన 391 nm స్పెక్ట్రమ్ సబ్‌స్ట్రేట్ పైన దాదాపుగా గుర్తించబడదు, తద్వారా అధిక-శక్తి అయాన్ల ద్వారా నమూనా ఉపరితలంపై బాంబు దాడిని తగ్గిస్తుంది.

క్రిస్టల్ నాణ్యతను మెరుగుపరచండి

ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క క్రిస్టల్ నాణ్యత అధిక-శక్తి చార్జ్డ్ కణాలను ప్రభావవంతంగా ఫిల్టర్ చేయడం ద్వారా మెరుగుపరచబడుతుంది. ఉదాహరణకు, MEA-CVD సాంకేతికత RPCVD యొక్క ECR ప్లాస్మా మూలాన్ని భర్తీ చేయడానికి HCP మూలాన్ని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది అధిక సాంద్రత కలిగిన ప్లాస్మాను ఉత్పత్తి చేయడానికి మరింత అనుకూలంగా ఉంటుంది. HCP మూలం యొక్క ప్రయోజనం ఏమిటంటే, క్వార్ట్జ్ విద్యుద్వాహక విండో వలన ఆక్సిజన్ కాలుష్యం ఉండదు మరియు ఇది కెపాసిటివ్ కప్లింగ్ (CCP) ప్లాస్మా మూలం కంటే ఎక్కువ ప్లాస్మా సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది.

6. సారాంశం మరియు ఔట్లుక్

తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత యొక్క ప్రస్తుత స్థితి

సాహిత్య పరిశోధన మరియు విశ్లేషణ ద్వారా, సాంకేతిక లక్షణాలు, పరికరాల నిర్మాణం, పని పరిస్థితులు మరియు ప్రయోగాత్మక ఫలితాలతో సహా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత యొక్క ప్రస్తుత స్థితి వివరించబడింది. ఈ సాంకేతికతలు బాహ్య క్షేత్ర కలపడం ద్వారా శక్తిని అందిస్తాయి, వృద్ధి ఉష్ణోగ్రతను సమర్థవంతంగా తగ్గిస్తాయి, నిరాకార ఉపరితల లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి మరియు తక్కువ ధర మరియు సౌకర్యవంతమైన (ఆప్టో) ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను సిద్ధం చేసే అవకాశాన్ని అందిస్తాయి.

భవిష్యత్ పరిశోధన దిశలు

తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలను కలిగి ఉంది, అయితే ఇది ఇప్పటికీ అన్వేషణ దశలోనే ఉంది. ఇంజినీరింగ్ అప్లికేషన్‌లలో సమస్యలను పరిష్కరించడానికి పరికరాలు మరియు ప్రక్రియ అంశాలు రెండింటి నుండి లోతైన పరిశోధన అవసరం. ఉదాహరణకు, ప్లాస్మాలో అయాన్ ఫిల్టరింగ్ సమస్యను పరిగణలోకి తీసుకుంటూ అధిక సాంద్రత కలిగిన ప్లాస్మాను ఎలా పొందాలో మరింత అధ్యయనం చేయడం అవసరం; తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కుహరంలో ముందస్తు చర్యను సమర్థవంతంగా అణిచివేసేందుకు గ్యాస్ సజాతీయీకరణ పరికరం యొక్క నిర్మాణాన్ని ఎలా రూపొందించాలి; ఒక నిర్దిష్ట కుహరం పీడనం వద్ద ప్లాస్మాను ప్రభావితం చేసే స్పార్కింగ్ లేదా విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రాలను నివారించడానికి తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ఎపిటాక్సియల్ పరికరాల హీటర్‌ను ఎలా రూపొందించాలి.

ఆశించిన సహకారం

ఈ ఫీల్డ్ సంభావ్య అభివృద్ధి దిశగా మారుతుందని మరియు తదుపరి తరం ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధికి ముఖ్యమైన సహకారాన్ని అందిస్తుందని భావిస్తున్నారు. పరిశోధకుల చురుకైన శ్రద్ధ మరియు బలమైన ప్రమోషన్‌తో, ఈ ఫీల్డ్ భవిష్యత్తులో సంభావ్య అభివృద్ధి దిశగా అభివృద్ధి చెందుతుంది మరియు తరువాతి తరం (ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్) పరికరాల అభివృద్ధికి ముఖ్యమైన సహకారాన్ని అందిస్తుంది.