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2023-02-15
Il materiale di terza generazione a semiconduttore presenta i vantaggi materiali della prestazione che non possono essere paragonati ai materiali del silicio. A giudicare dalle caratteristiche della larghezza di banda, della conducibilità termica, del campo elettrico di ripartizione e di altre caratteristiche che determinano la prestazione del dispositivo, il semiconduttore di terza generazione è migliore di quello dei materiali del silicio. Di conseguenza, l'introduzione del semiconduttore di terza generazione può risolvere bene oggi le imperfezioni dei materiali del silicio e migliorare il dispositivo. La dissipazione di calore, la perdita della conduzione, temperatura elevata, l'alta frequenza ed altre caratteristiche sono conosciute come nuovo motore nelle industrie della microelettronica e dell'optoelettronica.
Fra loro, GaN ha ampia applicazione ed è considerato come uno dei materiali più importanti a semiconduttore dopo silicio. Rispetto attualmente al ai dispositivo di potere basati a silicio ampiamente usato, i dispositivi di potere di GaN hanno più alta intensità di campo elettrica critica, abbassano la resistenza dello aperto stato e la frequenza di commutazione più veloce, che può realizzare il più alti efficienza e lavoro di sistema alle temperature elevate.
Difficoltà dell'epitassia omogenea
Come substrato, GaN è naturalmente il materiale del substrato più adatto per la crescita come film epitassiale di GaN. La crescita epitassiale omogenea può risolvere fondamentalmente il problema del disadattamento della grata ed il disadattamento termico ha incontrato mediante l'uso dei materiali eterogenei del substrato, minimizza lo sforzo causato tramite le differenze nelle proprietà fra i materiali durante il processo di crescita e può coltivare uno strato epitassiale di alta qualità di GaN che non può essere paragonato al substrato eterogeneo. Per esempio, gli strati epitassiali del nitruro di gallio di alta qualità possono svilupparsi con il nitruro di gallio come substrato. La densità interna di difetto può essere ridotta al un-millesima dello strato epitassiale con il substrato dello zaffiro, che può efficacemente ridurre la temperatura di giunzione del LED ed aumentare la luminosità per unità di superficie entro più di 10 volte.
GaN in primo luogo è stato sintetizzato in 1932, quando il nitruro di gallio è stato sintetizzato dal NH3 e dal metallo puro GA. Da allora, sebbene ci siano stati molti studi positivi sui materiali monocristallini del nitruro di gallio, perché GaN non può essere fuso a pressione atmosferica, siano decomposti in GA ed in N2 a temperatura elevata e nella pressione della decomposizione al suo punto di fusione (2300°C) è alto quanto 6GPa. È difficile affinchè l'attrezzatura corrente della crescita resista ad tale alta pressione al punto di fusione di GaN. Di conseguenza, il metodo tradizionale della colata non può essere usato per la crescita dei monocristalli di GaN, epitassia così eterogenea può essere selezionato soltanto su altri substrati. Attualmente, a dispositivi basati GaN pricipalmente sono basati sui substrati eterogenei (silicio, carburo di silicio, zaffiro, ecc.), facenti lo sviluppo dei substrati di monocristallo di GaN ed i dispositivi epitassiali omogenei ritardano dietro l'applicazione dei dispositivi epitassiali eterogenei.
Parecchi materiali del substrato
Zaffiro
Lo zaffiro (α-Al2O3), anche conosciuto come corindone, è il materiale il più commercialmente usato del substrato del LED, occupante una grande parte del mercato del substrato del LED. Nell'uso a breve termine, il substrato dello zaffiro riflette i suoi vantaggi unici. Il film di GaN sviluppato è comparabile alla densità di dislocazione del film sviluppato sic sul substrato e lo zaffiro si sviluppa dalla tecnologia della colata. Il processo è più maturo. Può ottenere un monocristallo più a basso costo, più grande e di alta qualità, che è adatto a sviluppo industriale. Di conseguenza, è il materiale del substrato più in anticipo e più ampiamente usato nell'industria del LED.
Carburo di silicio
Il carburo di silicio è un materiale a semiconduttore del gruppo IV-IV, che è attualmente un secondo solo materiale del substrato dello zaffiro LED in quota di mercato. Sic ha vari tipi di cristallo, che possono essere divisi in tre categorie: cubico (quale 3C-SiC), esagonale (quale 4H-SiC) e diamante (quale 15R-SiC). La maggior parte dei a cristallo sono 3C, 4H e 6H, di cui 4H e 6H-SiC pricipalmente sono usati come substrati di GaN.
Il carburo di silicio è molto adatto ad essere un substrato del LED. Tuttavia, dovuto la crescita di alta qualità, il grande monocristallo sic è difficile e sic è una struttura stratificata, che è facile a cleate e la prestazione lavorante è povera. È facile da introdurre i difetti di punto sulla superficie del substrato, che colpisce la qualità dello strato epitassiale. Il prezzo sic del substrato della stessa dimensione è dozzine di volte quello del substrato dello zaffiro ed il prezzo elevato limita la sua applicazione su grande scala.
Silicio monocristallino
Il materiale del silicio è attualmente il materiale più ampiamente usato e più maturo a semiconduttore. dovuto l'alta maturità della tecnologia monocristallina della crescita del materiale del silicio, è facile da ottenere il substrato a basso costo, grande (6-12 pollici) e di alta qualità, che può notevolmente ridurre il costo del LED. Inoltre, perché il silicio monocristallino è stato ampiamente usato nel campo della microelettronica, l'integrazione diretta dei chip e dei circuiti integrati del LED può essere realizzata usando il substrato di silicio monocristallino, che è favorevole alla miniaturizzazione dei dispositivi del LED. Inoltre, rispetto al substrato del LED più ampiamente usato, lo zaffiro, silicio monocristallino presenta alcuni vantaggi nella prestazione: l'alta conducibilità termica, buona conduttività elettrica, strutture verticali può essere preparata ed è più adatta a preparazione ad alta potenza del LED.
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