Epitaxie op afstand heeft aandacht gekregen op het gebied van de productie van halfgeleiders voor het kweken van dunne films die de kristalstructuur van de sjabloon kopiëren, die later kunnen worden geëxfolieerd om vrijstaande membranen te vormen. Zware epitaxieomstandigheden kunnen echter vaak schade aan de sjabloonmaterialen veroorzaken, zoals in het geval van epitaxie op afstand van dunne GaN-films, veelbelovende materialen voor lichtgevende diodes, fotodetectoren en vermogenselektronische apparaten, op grafeen/AlN-sjablonen. P>

GaN-heteroepitaxie op afstand is niet bereikt met een standaard metaal-organische chemische dampdepositie (MOCVD) -techniek vanwege de hoge temperaturen die bij het proces betrokken zijn. Er is gemeld dat grafeen dat op een substraat wordt geplaatst in een extreme omgeving, zoals hoge temperaturen of het gebruik van een actief gas in MOCVD, beschadigd raakt als gevolg van chemische instabiliteit, waardoor de gegroeide GaN-films niet kunnen worden geëxfolieerd.

Tegen deze achtergrond heeft een team van onderzoekers onder leiding van Dong-Seon Lee, hoofd van de afdeling Semiconductor Engineering en professor aan de School of Electrical Engineering and Computer Science van het Gwangju Institute of Science and Technology, onlangs epitaxie op afstand gebruikt om GaN te laten groeien. dunne films op grafeen/AlN-sjablonen door MOCVD en onderzocht het effect van oppervlakteputjes in AlN op de groei en exfoliatie van deze dunne films.

Hun artikel werd gepubliceerd in ACS Nano .

De onderzoekers voerden eerst een gloeitest uit bij 950 °C gedurende 5 minuten om de thermische stabiliteit van grafeen op AlN te controleren. Op basis van de resultaten ontwikkelden ze een tweestapsproces om GaN-dunne films op de sjabloon te laten groeien door MOCVD. De eerste GaN-groei vond plaats bij 750 °C gedurende 10 minuten, waarna de tweede groei werd uitgevoerd bij 1050 °C gedurende 60 minuten.

De exfoliatie van de aldus gegroeide dunne GaN-films werd gebruikt als bewijs van het succes van het epitaxieproces op afstand. Hoewel de bij 750 °C gegroeide films met succes konden worden geëxfolieerd, mislukte de scheiding na de tweede groeistap.

Na diepere analyse ontdekte het team dat de putten van nanogrootte op het AlN-oppervlak leidden tot de afbraak van grafeen in de buurt bij hogere temperaturen, waardoor de groeiwijzen van dunne GaN-films veranderden. Als resultaat hechtte GaN zich direct aan het AlN-substraat, waardoor de exfoliatie van de film mislukte.

"Door dit onderzoek hebben we voor het eerst onthuld dat structurele problemen in het substraat ook kunnen leiden tot falen van het loslaten. Deze resultaten illustreren het belang van chemische en topografische eigenschappen van sjablonen voor succesvolle epitaxie op afstand", zegt prof. Lee.

Deze studie levert de primaire experimentele gegevens op die de stabiele implementatie van de ontwikkeling van epitaxie op afstand ondersteunen. Gevraagd naar de implicaties van het huidige werk, zegt prof. Lee:"In de nabije toekomst wordt verwacht dat de implementatie van GaN-epitaxie op afstand hoogwaardige GaN-halfgeleiders zal opleveren die nodig zijn voor de elektrische voertuigindustrie. Omdat recycling van substraten mogelijk is, wordt verwacht dat om het grote beeld van de bestaande halfgeleiderindustrie te veranderen. Bovendien zal het mogelijk zijn de wet van Moore te omzeilen."

Meer informatie: Hoe-Min Kwak et al., Stabiliteit van grafeen en invloed van AlN-oppervlakteputten op GaN Remote Heteroepitaxy voor exfoliatie, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02565

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door GIST (Gwangju Instituut voor Wetenschap en Technologie)