מבוא

גליום ניליד (GaN) צמחה באופן מכוון כחומר מוליכים למחצה עבור השפעות אלקטרוניקה מודרניות, במיוחד בהמרות בעוצמה גבוהה, אדמנטציה רדיו- ⁇ , תאורה מוצקה של המדינה.בניגוד לסיליקון קונבנציונלי, לג'ון יש להקות רחבות של כ- 3.4 ו-V, המאפשרת לו לעמוד בטמפרטורות גבוהות יותר, ולעבור במהירות גבוהה יותר עם הפסדים נמוכים יותר.

יסודות של גאליום Nitride חשמל Properties

GaN מבסס בעיקר במבנה wurtzite, סידור hexagonal הנותן עלייה אפקטים חזקים אדזואלקטריים וספונטניים של קוטליזציה. מוליכות חשמלית היא נמוכה מאוד כי ה-Switch רחב פירושו מעט מאוד אלקטרונים הם נרגשים תרמיים מהלהקה של valence לתזמורת ההתנהגות בטמפרטורת החדר.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סוגים של אי-התאמות בגאליום Nitride

אי-ציות בגאון יכולות להיות מסווגות באופן רחב לשתי קטגוריות: דו-פנטים מכוונים ומזהמים לא מכוונים.

המונחים: dopants

מינון מבוקר מבוצע במהלך צמיחה גבישית (למשל, על ידי deposition כימי מתכת-אורגני אובאמה מולקולרית אפיסי) כדי להשיג התנהגות N-type או p-type.

  • (ב) [ה][דרוש מקור]]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]][ה]]][ה]]]][ה]]]]][ה[ה]]]]] [ה[[ה[[המאה ה-20]]]]]], ו[[ה[[המאה ה-20]],]], ו[[1924]], [[המאה ה-20]],]],]], [[ה[[1924]],]], [[1924]], [[המאה ה-20]],]], [[המאה ה[[1924]],]],]],]], [[1924]],]], [[1924]],]]]]]]]]]],]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]],]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]
  • (ב) [ה]: [0]P-type dopants (acceptors) [1: Magnesium (Mg] הוא ה- dopant העיקרי לייצור p-type GaN. Mgתחליפים gium ויצור חור על ידי מקבל אלקטרון מקבוצת האבסנסיכות (Fgpants) בדרך כלל יש הפעלה גבוהה (170-V), כלומר רק חלק של אלקטרום) מ-F3gvping (מחדש) דורש הפעלה מהירה יותר מ-Fern) לאחר מכן הוא 10:4gpvd) באופן קבוע מעל לטמפרטורה גבוהה יותר.

חוסר ציות

גם בסביבות הצמיחה הנקיות ביותר, אי-נוחות רקע הן בלתי נמנעות.הזיהומים הלא-מכוון הנפוצים ביותר בגאון כוללים פחמן (C), חמצן (O), מימן (H).

  • (FLT:0)CarbonBuildFLT:1; לעתים קרובות משולב ממלוני מתכת-אורגניים (למשל, trimethylgallium) פחמן יכול לפעול כמקבל עמוק כאשר באתר חנקן או תורם כאשר באתר גליום.
  • (FLT:0)OxygenigirFLT:1: תורם רדום בגאון חמצן מעלה את ריכוז אלקטרון הרקע, מה שהופך את זה קשה להשיג עמידות גבוהה או p-type GaN שכבות ללא פיצוי.
  • (FLT:0)HydrogenFLT:1: משולב באופן משותף במהלך הצמיחה ויכול לעבור מקבלי Mg על ידי יצירת מורכבים Mg-H.זו הסיבה לכך שפעולת p דורשת אנמנלינג כדי להסיע מימן.

המונחים: Conductivity Modification

אי-ציות משפיעות על התנהגותו של ג'ון בשלושה מנגנונים עיקריים: דור מוביל, פיצוי ופיזור.

דור מוביל

זיהומים מציגים רמות אנרגיה ליד קצה הלהקה ההתנהגות.בטמפרטורת החדר, אנרגיה תרמית מענישת תורמים אלה, שחרור אלקטרונים חופשיים לתוך הלהקה התנהגותית. בדומה, מקבלים ליצור רמות אנרגיה ליד קצה הלהקה של valence. כאשר ion (על ידי אלקטרונים מהלהקה של valence), הם משאירים מאחור חורים שתורמים להתנהלות p-type.

פיצוי

כאשר שני התורמים ומקבלים נוכחים, הם לפצות אחד את השני.לדוגמה, ב p-type GaN doped עם Mg, חמצן רקע או תורמי סיליקון יכולים לקבל חורים תרמו, צמצום ריכוז החור הנקי. Compensation מוריד צפיפות ספקים יעילה ומדיקות התנהגותיות.מיני פיצוי ממזער הוא אתגר גדול בהגדלת פערי הון באיכות גבוהה (DN).

תגית: Scattering

(ה) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [הה]]]] [ההההתלות של ההינעה בריכוז הסגולה, היא תוצאה של מודל ה-Rin-Herring או יותר גישות מתוחכמות יותר כמו הנוסחה של Conwell-Weisskopf.

תסכולים אופטימיים להתנהלות גבוהה

ריכוז ההנעה האופטימלי עבור GaN תלוי ביישום. עבור חשמל אלקטרוניקה, שבו נמוך על-resistance הוא קריטי, מתון עד כבד doping הוא הרצוי באזורי ערוץ ומגע.עם זאת, עבור מכשירים גבוהים ספאם, שמירה על ניידות גבוהה אלקטרונים הוא רב-חשיבות, כל כך מינון קל יותר נבחר להימנע מהידרדרות ניידות.עבור דיודות הקלה (LEDs), האזור פעיל משתמש מאוד נמוך doping כדי להפחית את הפחתת הזיהומים הנוכחי.

טווחי מינון מותאמים להתאמה הם:

  • [ה] [ה]] ב[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) ויקרא י"ד): "בְּהַּדָּבְהִיתִיתִיתִיתִי עַדְהִיתִי" (בְּהִיאֶת הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא

(העברת טווחים אלה נוטה ליצור פגמים מבניים (למשל, ערימה של תקלות, פירוק) ומציגה מומים מולדים, ירידה חוזרת.

מדד ואופי של השפעות אי-אלימות

כדי להבין ולבקר ברמות של אי-נוחות, החוקרים מסתמכים על חבילת טכניקות לאופיון.

אפקט ההכללה

ה-FLT:0 [Hlleur EffectFLT] הוא השיטה הסטנדרטית לקבוע סוג נושא (n or p), ריכוז נושאיות, וניידות.על ידי יישום שדה מגנטי לזרם הנוכחי ולדידת מתח הול וכתוצאה מכך, ניתן להוציא פרמטרים אלה.טמפרטורת-הול מדידה נוספת לחשוף אנרגיות הפעלה של דופיטורים ותגמולים.

Ion Mass Spectrometry (SIMS)

ה- SIMS מספק פרופילים של אטומי ברמה גבוהה על ידי לכידת הדגימה וניתוח של ions משניים מזרקים.זה יכול לזהות דופינים כמו Si ו Mg בריכוזים נמוכים כמו 10uaFLT:0151503FLT:1S ⁇ FLT:2-3LT 3S הוא חיוני עבור תנאי צמיחה מטבולית ולוודא כי לעשות התאמות מכוונת, תוך זיהוי גם מזהמים לא רצויים.

Photoluminescence (PL) ו Cathodoluminescence (CL)

טכניקות אופטיות חושפות מידע על מעברים הקשורים למחסור.לדוגמה, Mg-doped GaN מציג להקה כחולה טיפוסית סיכה סביב 2.8 eV, המיוחסת למעברים מעורבים מאג מקבלים ותורמים חיים. יחס אינטנסיבי של פסטה על קשר לא-אלימות נותן פליטה איכותית לתוך איכות doping.

Capacitance-Voltage (C-V) פרופ'

מבנים של דיודות שטקי מאפשרים מיצוי פרופילי ריכוז של נושאות נטו מ- depletion capacitance. C-V הוא שימושי במיוחד למדידת מינון עצמאי של עומק במבנים שכבתיים, כגון ב- HEMTs או דיודות לייזר.

השפעות של רמות אי-נוחות על ביצועי התקן

ההתנהלות נשלטת על ידי זיהומים באופן ישיר מתורגמת לביצועי המכשיר.

Light-Emitting Diodes (LEDs)

ב- GaN LEDs, שכבת N-type (Si-doped) חייבת להיות התנהגותית מספיק כדי להפיץ זרם ללא ירידה מתח מופרזת. שכבת p-type (Mg-do) היא לעתים קרובות ביותר התנגדות, מה שגורם לשוט הנוכחי חימום.אי יעיל p-type מוליכות הוא גורם מגביל העיקרי עבור LEDs כוח גבוה.

Power Electronics (Schottky Diodes, HEMTs)

ב- GaN כוח טרנזיסטור (בדרך כלל AlGaN/GaN גבוהה אלקטרונים-mobility transistors, HEMT), ערוץ אלקטרוני דו-ממדי (2DEG) אינו מסתמכ על מינון מכוון ב- GaN bu; במקום זאת, הוא מושרה על ידי מלכודות פחמן או מגבלה גבוהה מדי (G) עם זאת, עמידות של שכבת החילוף היא חיונית למניעת דליפות והתמוטטות גבוהה.

מכשירים גבוהים

עבור יישומים RF, רעש נמוך ורווח גבוה דורשים ניידות גבוהה והתנגדות parasitic נמוכה. רקע לא מודע doping (למשל, מחמצן) יש למזער כדי לשמור על ניידות גבוהה ערוץ.versely, אזורי מגע הומאמי דורשים מאוד N-type כבד לעשות כדי להפחית את ההתנגדות מגע - לעתים קרובות מעל 10FLT:02003FLTure:2-F3D3 / NG עם שכבות עם ND.

אתגרים והתקדמות אחרונה ב-Doping Control

למרות עשרות שנים של התקדמות, כמה אתגרים נותרו ברמות של חוסר אונים בגאון.

P-Type Doping Efficiency

יעילות ההפעלה הנמוכה של Mg (כ 1 עד 10% במיטבו) ממשיכה לעכב p-type GaN. חוקרים מקבלי ראייה חלופיים כמו beryllium (Be), שיש לו רמת מקבלן רדודה יותר (~60 meV בתיאוריה), אבל Be doping הוא רעיל וקשה ליישום. Co-doping גישות (למשל, עם חמצן או מימן) ו- doping מושרה הראו הבטחה בהורדת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הסטיות.

פחמן בלתי מודע וחמצן

(הפחמן הוא זיהום מתמשך של MOCVD מבשרי צמיחה מתקדמים (טמפרטורות צמיחה נמוכות יותר, יחס גבוה יותר V /III, גזי מקור טהורים יותר) יכול להפחית את שילוב הפחמן.שימוש במבשרים חלופיים כמו triethylgallium במקום trimethylgallium גם מוריד את רמות פחמן.

הידרוגן פאסיביציה ופעולה

(משנת) מייצרת מ"ג-ה קומפלקסים נייטרליים מבחינה חשמלית. Activation annealing at 600-800 מעלות C ב- חנקן מרתיעים את המורכבים האלה ומניעים מימן, הפעלת מקבלי Mg.עם זאת, annealing יכול גם להציג פגמים חדשים נקודה. Rapid annealing with Fited טמפרטורה רמפות ושכבות capping (למשל, SiFLTx: 1).

טכנולוגיות מתפתחות

(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1966]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[[[1966]]]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[[[1966]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[[[1966]]]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[[[[[[[1966]]]]

מסקנה

רמות אי-יעילות בגאליום ניליד הן המפתח לכוונון את מוליכות החשמל שלה מיישומים חשמליים מאוד מחלחלים למתכת כמו מתכתי.המשחק בין דופינטים מכוונת (Si for n-type, Mg for p-type) ומזהמים לא מכוונים (C, O, H) קובע את ריכוז המוביל, ניידות, ובסופו של דבר את הביצועים של נוריות, כוח, transist, RFors ופיזור יעיל יותר של תהליכי פעולה.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]