Διαδικασία παρασκευής υλικού αρσενικού γαλλίου
Από τη δεκαετία του 1950, έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι αύξησης μονοκρυσταλλικού αρσενιδίου του γαλλίου. Οι τρέχουσες κύριες διαδικασίες βιομηχανικής ανάπτυξης περιλαμβάνουν την υγρή σφράγιση με ευθεία έλξη (LEC), την οριζόντια μέθοδο Brijman (HB), την κάθετη μέθοδο Brijman (VB) και την στερεοποίηση κάθετης κλίσης (VGF).
1. Υγρό σφραγισμένο Czochralski (LEC)
Η μέθοδος LEC είναι η κύρια διαδικασία για την καλλιέργεια μη εμβολιασμένου ημι μονωτικού αρσενικούχου γαλλίου μονοκρυστάλλων (SI GaAs). Επί του παρόντος, πάνω από το 80% των ημι μονωτικών αρσενιδίων γαλλίου μονούς κρυστάλλους στην αγορά αναπτύσσονται με τη μέθοδο LEC. Η μέθοδος LEC χρησιμοποιεί θερμαντήρα γραφίτη και χωνευτήριο PBN και χρησιμοποιεί το Β2Ο3 ως υγρό παράγοντα σφράγισης για την πραγματοποίηση ανάπτυξης κρυστάλλου αρσενικού γαλλίου σε ατμόσφαιρα αργού 2 MPa. Το κύριο πλεονέκτημα της διαδικασίας LEC είναι ότι έχει υψηλή αξιοπιστία και είναι εύκολο να αναπτυχθούν μονές κρύσταλλοι μεγάλης διαμέτρου. Η περιεκτικότητα σε κρυσταλλικό άνθρακα είναι ελεγχόμενη και οι ημι-μονωτικές ιδιότητες των κρυστάλλων είναι καλές. Τα κύρια μειονεκτήματα είναι: η χημική δόση είναι δύσκολο να ελεγχθεί, η κλίση της θερμοκρασίας του θερμικού πεδίου είναι μεγάλη (100 ~ 150 K / cm) και η πυκνότητα εξάρθρωσης του κρυστάλλου είναι ανομοιογενής. Η εταιρεία Hitachi Cable Co., Ltd. της Ιαπωνίας εγκατέστησε για πρώτη φορά μια γραμμή παραγωγής 6 ιντσών LEC GaAs single crystals το 1998. Η εταιρεία εγκατέστησε τον μεγαλύτερο φωτοκύτταρο κρυστάλλου GaAs εκείνη την εποχή, με διάμετρο 400 mm, χωρητικότητα τροφοδοσίας 50 kg, και μία μόνο ανάπτυξη 6 ιντσών. Το μήκος των κρυστάλλων φθάνει τα 350 mm. Το 2000, ο Freiberger ανέφερε το 8-ιντσών αρσενικούχου γαλλίου μονής κρυστάλλων που αναπτύχθηκε από την πρώτη παγκόσμια διαδικασία LEC.
2. Οριζόντια Bridgman (HB)
Η μέθοδος HB ήταν κάποτε η κύρια διαδικασία μαζικής παραγωγής μονοκρυσταλλικού αρσενιδίου (SC GaAs) ημιαγωγού (χαμηλής αντοχής), χρησιμοποιώντας χαλαζιακά σκάφη και σωλήνες χαλαζία για να αναπτυχθούν κάτω από κανονική πίεση, με υψηλή αξιοπιστία και σταθερότητα. Το πλεονέκτημα της μεθόδου HB είναι ότι ο ατμός αρσενικού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ακριβή έλεγχο του στοιχειομετρικού λόγου του σώματος και η κλίση της θερμοκρασίας είναι μικρή για να επιτευχθεί ο σκοπός της μείωσης των εξάρσεων. Η πυκνότητα εξάρθρωσης του μονοκρυσταλλικού αρσενικού HB γαλλίου είναι περισσότερο από μια τάξη μεγέθους μικρότερη από εκείνη του μονοκρυσταλλικού αρσενιδίου LEC γαλλίου. Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι τα αρσενικά αναπτύσσονται με μη κροκιδωμένους ημι μονωτικούς αρσενικούς γάλλους μονούς κρυστάλλους και η κρυσταλλική διεπαφή που αναπτύσσεται είναι D επώνυμο, πράγμα που θα προκαλέσει μεγάλο απόβλητο υλικού στη διαδικασία της επεξεργασίας σε γκοφρέτες. Ταυτόχρονα, είναι δύσκολο να αναπτυχθούν κρύσταλλοι μεγάλης διαμέτρου λόγω της φέρουσας ικανότητας των σκαφών χαλαζία σε υψηλές θερμοκρασίες. Προς το παρόν, η μαζική παραγωγή της διαδικασίας ΗΒ είναι κυρίως στην περίπτωση κρυστάλλων 2 ιντσών και 3 ιντσών, και το αναφερόμενο μέγιστο αρσενίδιο του γαλλίου του αρσενικού γαλλίου είναι 4 ίντσες. Προς το παρόν, δεν υπάρχουν πολλές εταιρείες που χρησιμοποιούν τη διαδικασία HB για την παραγωγή υλικών αρσενικού γαλλίου. Με την ωριμότητα των διαδικασιών VB και VGF, η διαδικασία HB έχει σταδιακά αντικατασταθεί.
3. Κατακόρυφη Bridgman (VB)
Η μέθοδος VB είναι μια διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων που αναπτύχθηκε στα τέλη της δεκαετίας του '80. Το συνθετοποιημένο αρσενικό πολυκρυσταλλικό γάλλιο, Β2Ο3 και κρύσταλλοι σπόρων συσκευάσθηκαν σε χωνευτήριο ΡΒΝ και σφραγίστηκαν σε φιάλη χαλαζία υπό κενό. Το σώμα του κλιβάνου τοποθετήθηκε κατακόρυφα. Το καλώδιο θερμαίνεται από σύρμα αντοχής και η φιάλη χαλαζία τοποθετείται κατακόρυφα στη μέση του σώματος του κλιβάνου. Σε υψηλή θερμοκρασία, το πολυκρυσταλλικό αρσενίδιο του γαλλίου τήκεται και έπειτα τήκεται με τον κρύσταλλο σπόρων και στη συνέχεια ο κύλινδρος χαλαζία και το χωνευτήριο μετακινούνται προς τα κάτω από τη ράβδο στήριξης μέσω ενός μηχανισμού ελιγμών. Κάτω από μια ορισμένη βαθμίδα θερμοκρασίας, ο μοναδικός κρύσταλλος αναπτύσσεται αργά από το τέλος του κρυσταλλικού σπόρου. Η μέθοδος VB μπορεί να αναπτύξει ένα χαμηλής αντοχής αρσενικό γάλλιο μονόκρυπτο ή ένα υψηλής αντοχής ημι-μονωτικό αρσενικό γαλλίου μονόκρυπτο. Το μέσο EPD του κρυστάλλου είναι κάτω από 5.000 / cm-2.
4. Κατακρήμνιση κάθετης κλίσης (κατακόρυφη βαθμίδα παγώματος, που αναφέρεται ως VGF)
Η αρχή και το πεδίο εφαρμογής της διαδικασίας VGF και της διαδικασίας VB είναι βασικά παρόμοια. Η μεγαλύτερη διαφορά είναι ότι η μέθοδος VGF ακυρώνει τον μηχανισμό μεταφοράς των κρυστάλλων και τον περιστρεφόμενο μηχανισμό. Ο υπολογιστής ελέγχει με ακρίβεια το θερμικό πεδίο για να κρυώσει αργά και η διασύνδεση ανάπτυξης μετακινείται προς τα πάνω από το κάτω άκρο του τήγματος για να ολοκληρωθεί η ανάπτυξη των κρυστάλλων. Αυτή η διεργασία καθιστά τη διεπαφή ανάπτυξης κρυστάλλων περισσότερο σταθερή λόγω της εξάλειψης του μηχανισμού μηχανικής μετάδοσης και είναι κατάλληλη για την ανάπτυξη μονοκρυσταλλικού GaAs εξαιρετικά χαμηλής εξάρθρωσης. Το μειονέκτημα των διαδικασιών VB και VGF είναι ότι η ανάπτυξη των κρυστάλλων δεν μπορεί να παρατηρηθεί και να κριθεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης κρυστάλλων και η περίοδος ανάπτυξης κρυστάλλων είναι μακρά. Προς το παρόν, το διεθνές εμπορικό επίπεδο ήταν σε θέση να παράγει μαζικά 6-ιντσών VB / VGF κρυστάλλους αρσενικού γαλλίου. Το 2002, ο Freiberger ανέφερε τον πρώτο παγκοσμίως 8-ιντσών αρσενικούχου γαλλίου μονόκλωνο που αναπτύχθηκε με τη διαδικασία VGF.