Een chemische reactor van KAUST die bij extreem hoge temperaturen werkt, zou de efficiëntie en economie van een veelgebruikt proces in de halfgeleiderindustrie kunnen verbeteren, met voordelen voor de chemische industrie van Saudi-Arabië.

De productie van halfgeleiders is afhankelijk van epitaxie, een proces dat hoogwaardige monokristallijne materialen creëert door atomen laag voor laag op een wafeltje af te zetten, dikte regelen met atomaire precisie. De meest gebruikelijke methode van epitaxie is metaalorganische chemische dampafzetting, of MOCVD. Zuivere dampen van organische moleculen die de gewenste atomen bevatten, bijvoorbeeld boor en stikstof in het geval van boornitride worden in een reactiekamer geïnjecteerd. De moleculen ontleden op een verwarmde wafel om de atomen van de halfgeleider achter te laten op het oppervlak, die zowel aan elkaar als aan de wafel hechten om een ​​kristallaag te vormen.

doctoraat student Kuang-Hui Li en een team onder leiding van Xiaohang Li van KAUST ontwikkelen een MOCVD-reactor die efficiënt kan werken bij extreem hoge temperaturen om hoogwaardige boornitride- en aluminiumnitridematerialen en apparaten te creëren die bijzonder veelbelovend zijn voor flexibele elektronica, ultraviolette opto-elektronica en vermogenselektronica.

De epitaxie van hoogwaardig boornitride en aluminiumnitride was een enorme uitdaging voor het conventionele MOCVD-proces, die meestal werkt onder 1200 graden Celsius. Epitaxie van deze materialen reageert het beste op temperaturen boven 1600 graden Celsius; echter, de meest voorkomende resistente kachels zijn niet betrouwbaar bij deze temperaturen.

Hoewel inductieverwarmers deze temperaturen kunnen bereiken, het verwarmingsrendement van het conventionele ontwerp is laag. Omdat de verspilde energie de gasinlaat kan oververhitten, het moet ver van de wafel worden geplaatst, wat problematisch is voor boornitride en aluminiumnitride van hoge kwaliteit vanwege de vorming van deeltjes en het lage gebruik van organische moleculen.

Het KAUST-team heeft een innovatieve en goedkope inductieverwarmingsstructuur ontwikkeld om deze problemen op te lossen. "Ons ontwerp kan de uniformiteit voor wafers tot 12 inch aanzienlijk helpen verbeteren en de vorming van deeltjes verminderen, wat cruciaal is voor hoogwaardige materiaal- en apparaatfabricage, ", zegt Kuang-Hui. "Het stelt ons ook in staat om nieuwe materialen te ontdekken."

De resultaten laten een significante toename van het verwarmingsrendement en een vermindering van verspilde energie zien. "Dit apparatuuronderzoek omvat veel disciplines en is zeer complex. de geschiedenis heeft aangetoond dat apparatuurinnovatie de sleutel is tot wetenschappelijke doorbraken en industriële revolutie, ", zegt Xiaohang Li. "Een doel van het onderzoek is het opzetten van MOCVD-productieactiviteiten die kunnen worden geïntegreerd in de enorme chemische industrie van Saoedi-Arabië."