|
氮化鎵基本特性介紹
3 N3 a) f4 U+ }% m氮化鎵(GaN)技術(shù)在功率電子和微電子系統(tǒng)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異性能。隨著傳統(tǒng)硅基器件接近物理極限,GaN憑借適用于高功率和高頻應(yīng)用的卓越性能特征脫穎而出[1]。8 {2 `( @0 y7 j, k; f1 G
- }1 Y$ _6 n r# |+ g* |9 G
GaN屬于寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體家族,具有獨(dú)特的性質(zhì)。材料的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)電氣和物理特性起決定性作用。/ ~' a" Y! J7 \. L
sufcxo41mss640135468248.png (424.83 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
sufcxo41mss640135468248.png
昨天 02:00 上傳
) A" k D' R7 R: Q) g& h# H圖1展示了半導(dǎo)體材料的三種主要晶體結(jié)構(gòu):(a)金剛石晶格、(b)閃鋅礦晶格和(c)纖鋅礦晶格,GaN通常呈現(xiàn)纖鋅礦結(jié)構(gòu)。! e( k# W& S% ?
3 w. {2 K& r% e8 v: p材料特性與性能) f1 s# O0 `9 @3 Z$ J1 Q% [
GaN的纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生獨(dú)特的極化效應(yīng),可用于器件設(shè)計(jì)。這種極化效應(yīng)與寬禁帶特性相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了高電子遷移率和優(yōu)異的功率處理能力。
* f. U. t8 |% ~1 B% ?' u
iivgzuh30od640135468348.png (357.1 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
iivgzuh30od640135468348.png
昨天 02:00 上傳
2 v+ w' }8 u3 o) M/ a
圖2以雷達(dá)圖形式對(duì)比了不同半導(dǎo)體材料的標(biāo)準(zhǔn)化特性,突出顯示了GaN的優(yōu)異性能(綠色部分)。+ D9 D9 E+ M) d
8 O$ o) C5 G8 j" z V& @! b/ u- e! N) f與傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體相比,GaN具有以下優(yōu)勢(shì):6 S4 }" _1 w# m9 t, F
更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)(3.3 MV/cm,而硅為0.3 MV/cm)優(yōu)異的電子遷移率(2000 cm2/Vs)更快的電子速度(2.7 x 10? cm/s)更好的熱導(dǎo)率(>1.7 W/cm-K): l; [! V2 O7 a g! d
, L! b( Z# }+ @
5 | R+ g' z# l! ]2 \, r% @
hnrhmtprgss640135468448.png (315.67 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
hnrhmtprgss640135468448.png
昨天 02:00 上傳
# h: c1 D4 D: o, `1 x- v6 j圖3展示了III族氮化物材料系統(tǒng)的禁帶能量與晶格常數(shù)關(guān)系,說(shuō)明了能帶工程的靈活性。
# [' N4 b: O9 l- W3 h* S$ w k1 J" ~! e3 p2 j7 R" u( s5 F: H# X7 t
生長(zhǎng)工藝與方法! v8 z3 _2 r. r/ [
GaN生長(zhǎng)主要采用兩種方法:分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。$ [9 a4 {5 l9 U5 Z& g8 u! w) R
. }2 @5 H$ j7 b2 r# l, c
1. MBE生長(zhǎng):
; K s, w% T/ P; r& ~ x
wste0xjslt3640135468548.png (124.32 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
wste0xjslt3640135468548.png
昨天 02:00 上傳
: w8 [8 y3 A- N2 f& d( ^9 d圖4展示了MBE生長(zhǎng)系統(tǒng)的示意圖,包括主要部件和腔室布局。
7 V& O$ \5 u, @; w% l3 k# X; e; o: `* _, t( G
MBE工藝在超高真空環(huán)境下精確控制分子束。這種技術(shù)特別適合在較低沉積溫度下生長(zhǎng)InN或高銦含量的氮化物材料。
$ k6 E8 p# y' V3 g. E4 {5 X! O: @
fjip0fklu5y640135468649.png (275.54 KB, 下載次數(shù): 2)
下載附件
保存到相冊(cè)
fjip0fklu5y640135468649.png
昨天 02:00 上傳
# n; d9 J; A8 F9 @
圖5展示了MBE生長(zhǎng)模型的示意圖,以GaAs為例說(shuō)明表面相互作用。, ^- Q( M. V; E, L
$ |/ x+ s/ P3 z. U/ g% Q$ ~2. MOCVD生長(zhǎng):% z% j7 z) o2 P( K
p41uqoidb1j640135468749.png (296.06 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
p41uqoidb1j640135468749.png
昨天 02:00 上傳
0 |, \3 u! I! x2 S
圖6展示了不同的MOCVD生長(zhǎng)設(shè)計(jì):(a)傳統(tǒng)MOCVD氣流、(b)雙流系統(tǒng)(惰性氣體垂直于正常氣流)、(c)氣流垂直于襯底。. V" P4 ?- I f/ P/ i" m1 M. w
, y, h) |4 e6 z3 u- [- lMOCVD因具有高產(chǎn)量和一致性,已成為商業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)工藝。該工藝使用金屬有機(jī)化合物作為III族元素源,使用氫化物作為V族元素源。
# R5 R4 z$ K) i; u2 _/ ]
% Z7 x$ r" a" R( g1 |工藝控制與發(fā)展方向
; n. g! X1 z; O ~生長(zhǎng)工藝控制:
+ z( Q, U2 l# ~+ s
2jfcqoud2js640135468849.png (337.83 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
2jfcqoud2js640135468849.png
昨天 02:00 上傳
7 E4 s& I6 v2 h. ^
圖7展示了MOCVD系統(tǒng)的通用生長(zhǎng)工藝,顯示了不同生長(zhǎng)階段的溫度變化。
% k+ W# i" L: n& i; N3 e a
8 i! a R; ^; u6 L. Q0 |$ BGaN生長(zhǎng)的成功關(guān)鍵在于精確的溫度控制和適當(dāng)?shù)木彌_層實(shí)現(xiàn)。生長(zhǎng)工藝通常始于襯底氮化,隨后是緩沖層沉積,最后在高溫下生長(zhǎng)主GaN層。6 G3 V: B& v+ T% y
- E. \& S9 V- T" X A
盡管具有諸多優(yōu)勢(shì),GaN技術(shù)在襯底可用性和成本方面仍面臨挑戰(zhàn)。目前大多數(shù)商用GaN器件生長(zhǎng)在硅、碳化硅或藍(lán)寶石等異質(zhì)襯底上,每種襯底在晶格匹配、熱導(dǎo)率和成本方面都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
# C1 k( O- T6 Z. H' h' F
9 D& a( j$ }# p E展望未來(lái),GaN技術(shù)正在不斷進(jìn)步,生長(zhǎng)工藝和襯底技術(shù)的改進(jìn)將帶來(lái)更好的性能和成本效益。該技術(shù)已在功率電子、射頻器件和光電子領(lǐng)域得到應(yīng)用,隨著技術(shù)的成熟,新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。 J; S! C, s6 S5 n2 h
7 k' s9 j$ P- d3 s' y; s' v
這些在GaN材料和工藝方面的技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了新一代電子器件的發(fā)展,使其能夠在比傳統(tǒng)硅基技術(shù)更高的頻率、溫度和功率水平下運(yùn)行。隨著電子系統(tǒng)不斷發(fā)展,GaN將在功率電子和高頻應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。& n7 {8 [+ h2 [2 x0 q E3 r+ v
1 A4 b2 @$ \1 N參考文獻(xiàn)
# W7 O( L3 K! u" B[1] C.-C. Lin and S.-C. Shen, "GaN Material Properties," in GaN Technology Materials, Manufacturing, Devices and Design for Power Conversion, Springer Nature Switzerland AG, 2024, ch. 2, pp. 13-28.
% Q4 U& f9 ?3 Q
$ f% ]1 A( l2 e$ r& t% L! MEND
) d+ w% r5 z7 M1 h
3 t! W) K+ `; V2 I+ F" b$ I- c( b6 @& ~* w, @2 ?. o& {
軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無(wú)論是研究還是商業(yè)應(yīng)用,PIC Studio都可提升您的工作效能。
: F- V9 U. Y. ~ u$ W: d點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請(qǐng)
. s/ c( B' D% o6 B( L0 C0 P* C
, H# a4 q, W( M歡迎轉(zhuǎn)載% N% m" g3 N6 k3 z- o
8 t! Z) L( o0 Z, |, k% Q轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處,請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!! G! f# c: f- X2 c
. K8 D; h9 C# R
% z: ~/ Z6 l9 T2 ~ }9 M& x3 y- f$ _% r+ i
jp0zzpkrvi5640135468949.gif (16.04 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
jp0zzpkrvi5640135468949.gif
昨天 02:00 上傳
2 f1 @, K2 h8 x
' K- F2 i8 A% q1 ^4 [
關(guān)注我們
! j1 k! q I7 `0 L! f* D1 b, w( I+ J- P% c7 p4 K% b/ m
5 C0 C" w ]' ~5 c
vwh3iwcictr640135469049.png (31.33 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
vwh3iwcictr640135469049.png
昨天 02:00 上傳
8 [! C4 t6 e N. b0 h5 a |
; ]; s# V. O% I8 x% A+ k1 Z
3l5sdpu2wsk640135469149.png (82.79 KB, 下載次數(shù): 2)
下載附件
保存到相冊(cè)
3l5sdpu2wsk640135469149.png
昨天 02:00 上傳
( ~0 D3 F) p G- B2 p
| 6 T2 M7 X; W+ a0 H7 k8 k( a+ ?+ K
2ii45bryxri640135469249.png (21.52 KB, 下載次數(shù): 3)
下載附件
保存到相冊(cè)
2ii45bryxri640135469249.png
昨天 02:00 上傳
7 }/ _) ]* @ ~- X: }" Q
|
. s8 M2 l1 }5 y! f+ H3 R1 r5 H/ o9 `# u0 ~ i
`% v5 w7 R' q
/ I4 I! o I4 H2 E. J關(guān)于我們:
1 I( z, l: c7 K, t; j3 m* i深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專(zhuān)注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶(hù)。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠(chǎng)及硅光/MEMS中試線(xiàn)合作,推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶(hù)提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
' `' Y$ r* {, j5 B& d% E
9 o$ f; C$ C' q9 g: whttp://www.latitudeda.com/. r+ d3 m, A4 T: p' X1 ^/ U5 H
(點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們,發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容) |
|