- Институт науки и технологий Кванджу и Массачусетский технологический институт разработали технологию «дистанционной эпитаксии»
- С помощью данной технологии можно «распечатывать» полупроводники из нитрида галлия, что значительно снижает цену за единицу продукции
Ли Дон Сон (справа), профессор электротехники и электронной вычислительной техники в GIST, и аспирант Квак Хи Мин [GIST]
[Herald Business = корреспондент Ку Бон Хёк] В результате совместных исследований между Кореей и Соединенными Штатами была разработана технология, которая позволяет «распечатывать» полупроводники в больших количествах.
Команда по главе с профессором Ли Дон Соном из кафедры электротехники и электронной вычислительной техники Института науки и технологий Кванджу (GIST) разработала технологию «дистанционной эпитаксии нитрида галлия» в рамках совместных исследований с Массачусетским технологическим институтом (MIT). С помощью этой технологии полупроводники из нитрида галлия можно выращивать на пластинах, а затем легко отделять, что позволяет производить их неоднократно на одной и той же пластине.
Нитрид галлия (GaN) — полупроводниковый материал, обычно используемый в производстве светодиодов. Он также используется в качестве лазера и транзистора, а в последнее время привлек большое внимание как силовой полупроводник из нитрида галлия, необходимый для электромобилей.
Структура полупроводников в основном состоит из пластин и полупроводниковых материалов. Подобно тому, как строят здание на фундаменте, полупроводниковые материалы выращиваются на пластине, поэтому пластины из кремния, карбида кремния и сапфира необходимы для выращивания высококачественных полупроводниковых материалов. Полупроводниковые материалы изготавливаются путем эпитаксии, в процессе которой полупроводниковый материал – идентичный или схожий по составу с пластиной – выращивается в очень хорошо выровненную и тонкую пленку на пластине.
Однако при существующей технологии эпитаксии для получения полупроводникового материала толщиной около 1 мкм (микрометра) требовалась пластина толщиной 1 мм, что примерно в 1000 раз больше, и это было очень сложно с точки зрения технологии и стоимости.
Технология «дистанционной эпитаксии», впервые предложенная профессором Массачусетского технологического института Ким Чжи Хваном в 2017 году, представляет собой уникальную технологию, при котором сначала на пластине размещается очень тонкий двумерный материал, такой как графен, а затем на ней выращивается полупроводниковые материалы. Помимо получения высококачественного полупроводникового материала в виде тонкой пленки, которая «копирует» свойства пластины как есть, его также можно «отделить» от пластины, так что теоретически одну и ту же пластину можно повторно использовать бесконечно долго.
В частности, полупроводники из нитрида галлия, которые широко используются в светодиодных дисплеях и устройствах для зарядки электромобилей, наиболее эффективны при использовании пластин из нитрида галлия, но они примерно в 100 раз дороже сапфировых. В связи с этим возлагались большие надежды на технологию дистанционной или удаленной эпитаксии, которая позволяет повторно использовать дорогие пластины нитрида галлия.
До этого считалось, что нельзя применять технологию удаленной эпитаксии в условиях высокотемпературного выращивания, таких как метод «химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений» - который в основном используется в промышленности - поскольку в таких условиях поверхность пластины нитрида галлия разлагается, а графеновая пленка повреждается.
Фото отслоенной пленки нитрида галлия, выращенного методом дистанционной эпитаксии; изображение пластины-шаблона AlN, на которой был выращен слой; и снимок пластины-шаблона, полученный электронным микроскопом при 50 000-кратном увеличении [GIST]
Исследователям удалось реализовать технологию удаленной эпитаксии, которая позволяет выращивать и отслаивать тонкие пленки нитрида галлия, применив лишь метод «металлоорганического химического осаждения из паровой фазы», используя пластину из нитрида алюминия (AIN), чьи свойства аналогичны нитриду галлия.
Данное исследование показало, что с помощью технологии дистанционной эпитаксии можно «распечатывать» высококристаллические и ныне дорогие полупроводники из нитрида галлия на промышленных площадках подобно документам. Если внедрить ее в производство, то высококачественные полупроводниковые материалы могут производиться массово по очень низким ценам. Кроме того, поскольку отделяются и используются только полупроводники, выращенные в виде тонких пленок, в одном и том же узком пространстве можно укладывать различные полупроводники разного назначения.
«Благодаря этому результату исследования мы смогли представить методы и предварительные условия, необходимые для реализации дистанционной эпитаксии нитрида галлия, который затем можно отделить. Мы будем и в дальнейшем разрабатывать полупроводниковые технологии, такие как технология дистанционной эпитаксии, посредством непрерывных исследований и обмена информацией с Массачусетским технологическим институтом» - сказал профессор Ли Дон Сон из GIST.
Результаты исследования опубликованы 6 июня в «ACS Nano», международном научном журнале в области химии материалов.
nbgkoo@heraldcorp.com