Gallium-arseenidimateriaalin valmistusprosessi
1950-luvulta lähtien on kehitetty erilaisia gallium-arseenidikiteiden kasvumenetelmiä. Nykyiset valtavirran teolliset kasvuprosessit sisältävät nestetiivistetyn suoraviivaisen (LEC), vaakasuuntaisen Brijman-menetelmän (HB), vertikaalisen Brijman-menetelmän (VB) ja vertikaalisen gradientin jähmettymisen (VGF).
1. Liquid Sealed Czochralski (LEC)
LEC-menetelmä on pääasiallinen menetelmä ei-seostetun puolieristävän gallium-arsenidin yksittäiskiteiden (SI GaAs) kasvattamiseksi. Tällä hetkellä yli 80% markkinoilla olevista yksisäikeisistä gallium-arseenidikiteistä kasvatetaan LEC-menetelmällä. LEC-menetelmässä käytetään grafiittilämmitintä ja PBN-upokasta ja käytetään B2O3: ta nestemäisenä tiivisteaineena gallium-arseenidikiteiden kasvun suorittamiseksi argon-ilmakehässä 2 MPa. LEC-prosessin tärkein etu on se, että sillä on korkea luotettavuus ja se on helppo kasvattaa yksittäisten kiteiden halkaisijaltaan. Kristallihiilipitoisuus on hallittavissa ja kiteiden puolineristävät ominaisuudet ovat hyvät. Tärkeimmät haittapuolet ovat: kemiallista annosta on vaikea hallita, lämpökentän lämpötila- gradientti on suuri (100 ~ 150 K / cm) ja kiteen dislokaatiotiheys on ylöspäin ja epätasainen. Japanin Hitachi Cable Co, Ltd perusti ensimmäisen kerran 6 tuuman LEC GaAs -kristallin tuotantolinjan vuonna 1998. Yhtiö asetti tuolloin maailman suurimman GaAs-kiteisen uunin, jonka halkaisija oli 400 mm ja jonka syöttökapasiteetti oli 50 kg. ja 6 tuuman yksittäinen kasvu. Kiteen pituus on 350 mm. Vuonna 2000 Freiberger kertoi maailman ensimmäisen LEC-prosessin kehittämästä 8-tuumaisesta gallium-arseenidioksidista.
2. Vaaka Bridgman (HB)
HB-menetelmä oli kerran tärkein prosessi puolijohdekomponenttien (matalan resistenssin) gallium-arsenidin yksittäisten kiteiden (SC GaAs) massatuotantoon käyttäen kvartsilaivoja ja kvartsiputkia kasvamaan normaalipaineessa, jolla oli suuri luotettavuus ja vakaus. HB-menetelmän etuna on, että arseenihöyryä voidaan käyttää tarkasti kehon stökiometrisen suhteen säätämiseen, ja lämpötila-gradientti on pieni, jotta saavutetaan tarkoitus vähentää dislokaatioita. HB-gallium-arseenidikristallien dislokaatiotiheys on enemmän kuin suuruusluokkaa pienempi kuin LEC-gallium-arseenidikristalli. Suurin haittapuoli on se, että miehet kasvavat ei-seostettuja, puoliksi eristäviä gallium-arseenidikiteitä, ja kasvanut kristalliliitäntä on D-sukunimi, joka aiheuttaa suuren materiaalijätteen prosessoimalla kiekkoiksi. Samaan aikaan on vaikea kasvattaa suurikokoisia kiteitä johtuen kvartsi- veneiden kantokyvystä korkeissa lämpötiloissa. Tällä hetkellä HB-prosessin massatuotanto on pääasiassa 2 tuuman ja 3 tuuman kiteitä, ja gallium-arseenin ilmoitettu suurin gallium-arsenidi on 4 tuumaa. Tällä hetkellä ei ole monia yrityksiä, jotka käyttävät HB-prosessia gallium-arseenidimateriaalien valmistukseen. VB- ja VGF-prosessien kypsyydessä HB-prosessi on vähitellen korvattu.
3. Vertikaalinen Bridgman (VB)
VB-menetelmä on kristallikasvuprosessi, joka kehitettiin 1980-luvun lopulla. Syntetisoitu gallium-arsenidi polykristallit, B2O3 ja siemenkiteet pakattiin PBN-upokkaaseen ja suljettiin imuroituun kvartsipulloon. Uunin runko asetettiin pystysuoraan. Lanka kuumennetaan vastuslangalla, ja kvartsipullo asetetaan pystysuunnassa uunin rungon keskelle. Korkeassa lämpötilassa gallium-arseenidi-polykristalli sulatetaan ja sitten fuusioidaan siemenkiteiden kanssa, ja sitten kvartsi-sylinteri ja upokas siirretään alaspäin tukitangon kautta ohjausmekanismin kautta. Tietyissä lämpötila-gradienteissa yksittäinen kide kasvaa hitaasti siemenkiteiden päästä. VB-menetelmä voi kasvattaa pienikestävää gallium-arseenidikristallia tai korkean resistenssin puolieristävää gallium-arsenidikristallia. Kiteen keskimääräinen EPD on alle 5 000 / cm2.
4. Pystysuoran gradientin jähmettyminen (vertikaalinen gradienttisauma, jota kutsutaan VGF: ksi)
VGF-prosessin ja VB-prosessin periaate ja sovellusalue ovat periaatteessa samanlaisia. Suurin ero on se, että VGF-menetelmä peruuttaa kristallin putoavan vaunumekanismin ja pyörivän mekanismin. Tietokone ohjaa tarkasti lämpökenttää viilentämään hitaasti, ja kasvualue liikkuu ylöspäin sulan alemmasta päästä kristallin kasvun loppuunsaattamiseksi. Tämä prosessi tekee kristallikasvun rajapinnasta stabiilimman mekaanisen voimansiirtomekanismin eliminoinnin vuoksi, ja se soveltuu ultra-alhaisen dislokaation GaAs-yksittäiskiteiden kasvattamiseen. VB- ja VGF-prosessien haittana on se, että kiteenkasvua ei voida havaita ja arvioida kide- kasvuprosessin aikana, ja kiteenkasvuaika on pitkä. Tällä hetkellä kansainvälinen kaupallinen taso on pystynyt tuottamaan 6 tuuman VB / VGF-gallium-arseenidikiteitä. Vuonna 2002 Freiberger kertoi maailman ensimmäisestä 8 tuuman gallium-arsenidikerroksesta, jonka VGF-prosessi on kehittänyt.