صعوبات في إعداد GaN

باعتبارها مادة من أشباه الموصلات من الجيل الثالث، غالبًا ما تتم مقارنة نيتريد الغاليوم بـكربيد السيليكون. لا يزال نيتريد الغاليوم يُظهر تفوقه من خلال فجوة نطاقه الكبيرة، وجهد الانهيار العالي، والموصلية الحرارية العالية، وسرعة انجراف الإلكترون المشبعة العالية، ومقاومة الإشعاع القوية. ولكن لا يمكن إنكار أن نيتريد الغاليوم، مثل كربيد السيليكون، يواجه أيضًا صعوبات فنية مختلفة.

مشكلة المواد الركيزة

تؤثر درجة المطابقة بين الركيزة وشبكة الفيلم على جودة فيلم GaN. في الوقت الحاضر، الركيزة الأكثر استخداما هي الياقوت (Al2O3). يستخدم هذا النوع من المواد على نطاق واسع بسبب تحضيره البسيط، وسعره المنخفض، واستقراره الحراري الجيد، ويمكن استخدامه لزراعة أفلام كبيرة الحجم. ومع ذلك، نظرًا للاختلاف الكبير في ثابت الشبكة ومعامل التمدد الخطي عن نيتريد الغاليوم، قد يكون لفيلم نيتريد الغاليوم المحضر عيوب مثل الشقوق. من ناحية أخرى، نظرًا لعدم حل البلورة المفردة للركيزة، فإن كثافة الخلل غير المتجانسة عالية جدًا، وقطبية نيتريد الغاليوم كبيرة جدًا، فمن الصعب الحصول على اتصال أومي جيد لأشباه الموصلات المعدنية من خلال المنشطات العالية، لذلك عملية التصنيع أكثر تعقيدًا.

مشاكل تحضير فيلم نيتريد الغاليوم

الطرق التقليدية الرئيسية لإعداد الأغشية الرقيقة من GaN هي MOCVD (ترسيب البخار العضوي المعدني)، MBE (تنضيد الشعاع الجزيئي) وHVPE (تنضيد طور بخار الهيدريد). من بينها، تتميز طريقة MOCVD بإنتاج كبير ودورة نمو قصيرة، وهي مناسبة للإنتاج الضخم، ولكن التلدين مطلوب بعد النمو، وقد يكون للفيلم الناتج شقوق، مما سيؤثر على جودة المنتج؛ لا يمكن استخدام طريقة MBE إلا لإعداد كمية صغيرة من فيلم GaN في المرة الواحدة ولا يمكن استخدامها للإنتاج على نطاق واسع؛ تتميز بلورات GaN الناتجة عن طريقة HVPE بجودة أفضل وتنمو بشكل أسرع عند درجات حرارة أعلى، ولكن تفاعل درجة الحرارة المرتفعة له متطلبات عالية نسبيًا لمعدات الإنتاج وتكاليف الإنتاج والتكنولوجيا.