गॅन-आधारित कमी-तापमान एपिटॅक्सी तंत्रज्ञान

1. जीएएन-आधारित सामग्रीचे महत्त्व

गॅन-आधारित सेमीकंडक्टर मटेरियलचा मोठ्या प्रमाणात ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि रेडिओ फ्रिक्वेन्सी मायक्रोवेव्ह डिव्हाइस तयार करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो कारण विस्तृत बँडगॅप वैशिष्ट्ये, उच्च ब्रेकडाउन फील्ड सामर्थ्य आणि उच्च थर्मल चालकता यासारख्या उत्कृष्ट गुणधर्मांमुळे. सेमीकंडक्टर लाइटिंग, सॉलिड-स्टेट अल्ट्राव्हायोलेट लाइट स्रोत, सौर फोटोव्होल्टिक्स, लेसर डिस्प्ले, लवचिक प्रदर्शन पडदे, मोबाइल कम्युनिकेशन्स, वीजपुरवठा, नवीन उर्जा वाहने, स्मार्ट ग्रीड्स इ. यासारख्या उद्योगांमध्ये ही उपकरणे मोठ्या प्रमाणात वापरली जात आहेत आणि तंत्रज्ञान आणि बाजारपेठ अधिक परिपक्व होत आहे.

पारंपारिक एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाची मर्यादा

गॅन-आधारित सामग्रीसाठी पारंपारिक एपिटॅक्सियल ग्रोथ टेक्नॉलॉजीज जसे कीMOसीव्हीडीआणिएमबीईसहसा उच्च तापमानाची परिस्थिती आवश्यक असते, जी काचे आणि प्लास्टिक सारख्या अनाकार थरांना लागू नसतात कारण ही सामग्री उच्च वाढीच्या तापमानास प्रतिकार करू शकत नाही. उदाहरणार्थ, सामान्यत: वापरलेला फ्लोट ग्लास 600 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त परिस्थितीत मऊ होईल. कमी-तापमानाची मागणीएपिटॅक्सी तंत्रज्ञान: कमी किमतीच्या आणि लवचिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक (इलेक्ट्रॉनिक) उपकरणांच्या वाढत्या मागणीसह, एपिटॅक्सियल उपकरणांची मागणी आहे जी कमी तापमानात प्रतिक्रिया पूर्ववर्ती क्रॅक करण्यासाठी बाह्य इलेक्ट्रिक फील्ड एनर्जीचा वापर करते. हे तंत्रज्ञान कमी तापमानात केले जाऊ शकते, अनाकार सब्सट्रेट्सच्या वैशिष्ट्यांशी जुळवून घेतले जाऊ शकते आणि कमी किमतीच्या आणि लवचिक (ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक) उपकरणे तयार करण्याची शक्यता प्रदान करते.

2. गॅन-आधारित सामग्रीची क्रिस्टल स्ट्रक्चर

क्रिस्टल स्ट्रक्चर प्रकार

गॅन-आधारित सामग्रीमध्ये प्रामुख्याने गॅन, इन, n लन आणि त्यांचे टर्नरी आणि क्वाटरनरी सॉल्यूशन्स समाविष्ट आहेत, ज्यात वर्टझाइट, स्फॅलेराइट आणि रॉक मीठच्या तीन क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स आहेत, त्यापैकी वुर्टझाइट स्ट्रक्चर सर्वात स्थिर आहे. स्फॅलेराइट स्ट्रक्चर हा एक मेटास्टेबल टप्पा आहे, जो उच्च तापमानात वर्टझाइट संरचनेत रूपांतरित केला जाऊ शकतो आणि कमी तापमानात स्टॅकिंग फॉल्टच्या रूपात वुर्टझाइट संरचनेत अस्तित्वात असू शकतो. रॉक मीठाची रचना जीएएनचा उच्च-दाब टप्पा आहे आणि केवळ अत्यंत उच्च दाब परिस्थितीत दिसू शकतो.

क्रिस्टल प्लेन आणि क्रिस्टल गुणवत्तेचे वैशिष्ट्य

कॉमन क्रिस्टल प्लेनमध्ये ध्रुवीय सी-प्लेन, अर्ध-ध्रुवीय एस-प्लेन, आर-प्लेन, एन-प्लेन आणि नॉन-ध्रुवीय ए-प्लेन आणि एम-प्लेन यांचा समावेश आहे. सहसा, नीलम आणि एसआय सब्सट्रेट्सवरील एपिटॅक्सीद्वारे प्राप्त केलेले जीएएन-आधारित पातळ चित्रपट सी-प्लेन क्रिस्टल ओरिएंटेशन आहेत.

3. एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाची आवश्यकता आणि अंमलबजावणी समाधान

तांत्रिक बदलाची आवश्यकता

माहिती आणि बुद्धिमत्तेच्या विकासासह, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक डिव्हाइस आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांची मागणी कमी किमतीची आणि लवचिक आहे. या गरजा पूर्ण करण्यासाठी, जीएएन-आधारित सामग्रीचे विद्यमान एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान बदलणे आवश्यक आहे, विशेषत: एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान विकसित करणे जे अनाकार सब्सट्रेट्सच्या वैशिष्ट्यांशी जुळवून घेण्यासाठी कमी तापमानात केले जाऊ शकते.

कमी-तापमान एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञानाचा विकास

च्या तत्त्वांवर आधारित निम्न-तापमान एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञानभौतिक बाष्प जमा ((पीव्हीडी)आणिरासायनिक वाष्प जमा ((सीव्हीडी)रिअॅक्टिव्ह मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग, प्लाझ्मा-सहाय्यित एमबीई (पीए-एमबीई), पल्स्ड लेसर डिपॉझिशन (पीएलडी), पल्स स्पटरिंग डिपॉझिशन (पीएसडी), लेसर-असिस्टेड एमबीई (एलएमबीई), रिमोट प्लाझ्मा सीव्हीडी (आरपीसीव्हीडी) नंतरचे स्थलांतर सीव्हीडी (एमएएसीडी) .

4. पीव्हीडी तत्त्वावर आधारित कमी-तापमान एपिटॅक्सी तंत्रज्ञान

तंत्रज्ञान प्रकार

रिअॅक्टिव्ह मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग, प्लाझ्मा-सहाय्य एमबीई (पीए-एमबीई), स्पंदित लेसर डिपॉझिशन (पीएलडी), पल्स स्पटरिंग डिपॉझिशन (पीएसडी) आणि लेसर-सहाय्यित एमबीई (एलएमबीई) यासह.

तांत्रिक वैशिष्ट्ये

ही तंत्रज्ञान कमी तापमानात प्रतिक्रिया स्त्रोत आयनीकरण करण्यासाठी बाह्य फील्ड कपलिंगचा वापर करून ऊर्जा प्रदान करते, ज्यामुळे त्याचे क्रॅकिंग तापमान कमी होते आणि जीएएन-आधारित सामग्रीची कमी-तापमान एपिटॅक्सियल वाढ होते. उदाहरणार्थ, प्रतिक्रियाशील मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग तंत्रज्ञान इलेक्ट्रॉनची गतीशील उर्जा वाढविण्यासाठी आणि लक्ष्य स्पटरिंग वाढविण्यासाठी एन 2 आणि एआर सह टक्कर होण्याची शक्यता वाढविण्यासाठी स्पटरिंग प्रक्रियेदरम्यान चुंबकीय क्षेत्राचा परिचय देते. त्याच वेळी, हे लक्ष्याच्या वर उच्च-घनतेचे प्लाझ्मा देखील मर्यादित करू शकते आणि सब्सट्रेटवरील आयनची बॉम्बस्फोट कमी करू शकते.

आव्हाने

जरी या तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे कमी किमतीची आणि लवचिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करणे शक्य झाले आहे, परंतु त्यांना वाढीची गुणवत्ता, उपकरणे जटिलता आणि खर्चाच्या बाबतीतही आव्हानांचा सामना करावा लागतो. उदाहरणार्थ, पीव्हीडी तंत्रज्ञानास सामान्यत: उच्च व्हॅक्यूम डिग्री आवश्यक असते, जे प्री-रिएक्शनला प्रभावीपणे दडपू शकते आणि काही इन-सीटू मॉनिटरिंग उपकरणे सादर करू शकतात ज्यास उच्च व्हॅक्यूम (जसे की रिड, लँगमुइर प्रोब इ.) अंतर्गत कार्य करणे आवश्यक आहे, परंतु यामुळे मोठ्या प्रमाणात एकसमान ठेवण्याची अडचण वाढते आणि उच्च व्हॅक्यूमची ऑपरेशन आणि देखभाल खर्च उच्च आहे.

5. सीव्हीडी तत्त्वावर आधारित कमी-तापमान एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान

तंत्रज्ञान प्रकार

रिमोट प्लाझ्मा सीव्हीडी (आरपीसीव्हीडी), माइग्रेशन वर्धित आफ्टरग्लो सीव्हीडी (एमईए-सीव्हीडी), रिमोट प्लाझ्मा वर्धित एमओसीव्हीडी (आरपीईएमओसीव्हीडी), क्रियाकलाप वर्धित एमओसीव्हीडी (रीमोकव्हीडी), इलेक्ट्रॉन सायक्लोट्रॉन रेझोनान्स प्लाझ्मा (ईसीआर-पेमोकडी)

तांत्रिक फायदे

ही तंत्रज्ञान वेगवेगळ्या प्लाझ्मा स्त्रोत आणि प्रतिक्रिया यंत्रणेचा वापर करून कमी तापमानात गॅन आणि इन सारख्या तिसर्‍या-नायट्राइड सेमीकंडक्टर सामग्रीची वाढ साध्य करते, जे मोठ्या-क्षेत्र एकसमान जमा आणि खर्च कमी करण्यासाठी अनुकूल आहे. उदाहरणार्थ, रिमोट प्लाझ्मा सीव्हीडी (आरपीसीव्हीडी) तंत्रज्ञान प्लाझ्मा जनरेटर म्हणून ईसीआर स्त्रोताचा वापर करते, जे एक कमी-दाब प्लाझ्मा जनरेटर आहे जो उच्च-घनता प्लाझ्मा तयार करू शकतो. त्याच वेळी, प्लाझ्मा ल्युमिनेसेन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (ओईएस) तंत्रज्ञानाद्वारे, एन 2+ शी संबंधित 391 एनएम स्पेक्ट्रम सब्सट्रेटच्या वर जवळजवळ ज्ञानीही नाही, ज्यामुळे उच्च-उर्जा आयनद्वारे नमुना पृष्ठभागाचा बॉम्बस्फोट कमी होतो.

क्रिस्टल गुणवत्ता सुधारित करा

उच्च-उर्जा चार्ज केलेले कण प्रभावीपणे फिल्टर करून एपिटॅक्सियल लेयरची क्रिस्टल गुणवत्ता सुधारली जाते. उदाहरणार्थ, एमईए-सीव्हीडी तंत्रज्ञान आरपीसीव्हीडीच्या ईसीआर प्लाझ्मा स्रोत पुनर्स्थित करण्यासाठी एचसीपी स्त्रोत वापरते, ज्यामुळे उच्च-घनतेच्या प्लाझ्मा तयार करण्यासाठी ते अधिक योग्य बनते. एचसीपी स्त्रोताचा फायदा असा आहे की क्वार्ट्ज डायलेक्ट्रिक विंडोमुळे कोणतेही ऑक्सिजन दूषित होणे नाही आणि कॅपेसिटिव्ह कपलिंग (सीसीपी) प्लाझ्मा स्त्रोतापेक्षा प्लाझ्मा घनता जास्त आहे.

6. सारांश आणि दृष्टीकोन

कमी-तापमान एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाची सद्यस्थिती

साहित्य संशोधन आणि विश्लेषणाद्वारे, तांत्रिक वैशिष्ट्ये, उपकरणे रचना, कामकाजाची परिस्थिती आणि प्रायोगिक परिणामांसह कमी-तापमान एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाची सद्यस्थिती दर्शविली गेली आहे. ही तंत्रज्ञान बाह्य फील्ड कपलिंगद्वारे ऊर्जा प्रदान करते, वाढीचे तापमान प्रभावीपणे कमी करते, अनाकार सब्सट्रेट्सच्या वैशिष्ट्यांशी जुळवून घेते आणि कमी किमतीची आणि लवचिक (ओपीटीओ) इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करण्याची शक्यता प्रदान करते.

भविष्यातील संशोधन दिशानिर्देश

कमी-तापमान एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानामध्ये विस्तृत अनुप्रयोगांची संभावना आहे, परंतु ती अद्याप शोध टप्प्यात आहे. अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमधील समस्या सोडविण्यासाठी उपकरणे आणि प्रक्रिया दोन्ही पैलूंकडून सखोल संशोधन आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, प्लाझ्मामधील आयन फिल्टरिंग समस्येचा विचार करताना उच्च घनता प्लाझ्मा कसा मिळवायचा याचा पुढील अभ्यास करणे आवश्यक आहे; कमी तापमानात पोकळीतील पूर्व-प्रतिक्रिया प्रभावीपणे दडपण्यासाठी गॅस होमोजेनायझेशन डिव्हाइसची रचना कशी डिझाइन करावी; विशिष्ट पोकळीच्या दाबावर प्लाझ्मावर परिणाम करणारे स्पार्किंग किंवा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड टाळण्यासाठी कमी-तापमान एपिटॅक्सियल उपकरणांचे हीटर कसे डिझाइन करावे.

अपेक्षित योगदान

अशी अपेक्षा आहे की हे क्षेत्र संभाव्य विकासाची दिशा बनेल आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या पुढील पिढीच्या विकासासाठी महत्त्वपूर्ण योगदान देईल. संशोधकांच्या उत्सुकतेचे लक्ष आणि जोरदार प्रोत्साहन देऊन, हे क्षेत्र भविष्यात संभाव्य विकासाच्या दिशेने वाढेल आणि पुढील पिढीच्या (ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक) उपकरणांच्या विकासासाठी महत्त्वपूर्ण योगदान देईल.