Ulepszona technologia rozcieńczania podłoża azotkiem galu

Przejście na plazmę wodorową zapewnia szybkie trawienie podłoży GaN, a inżynierowie z Uniwersytetu w Osace w Japonii twierdzą, że dokonali nowego przełomu w przerzedzaniu podłoży z azotku galu (GaN) przy użyciu plazmy na bazie wodoru. Technika zespołu, obejmująca szybkość trawienia do 4 μm/min, zapewnia realny sposób na cienkie podłoża dla urządzeń zasilanych pionowo. Jest to konieczne, aby zmniejszyć rezystancję załączenia urządzeń pionowych, aby mogły one wygrać konkurencję w pojazdach elektrycznych.

Zespół Uniwersytetu w Osace był pionierem atrakcyjnej alternatywy dla istniejących procesów obróbki, takich jak szlifowanie i polerowanie, które są obecnie stosowane w przypadku cienkich podłoży. Te metody mechaniczne sprawdzają się dobrze przy rozcieńczaniu krzemowych urządzeń zasilających, ale są mniej skuteczne przy rozcieńczaniu materiałów, takich jak węglik krzemu i azotek galu, ze względu na problemy takie jak pękanie, krawędziowanie i wypaczanie.

Aby rozrzedzić podłoże GaN, inżynierowie z Uniwersytetu w Osace zastosowali metodę zwaną chemicznym przetwarzaniem zgazowania plazmowego (PCVM), którą stosują i udoskonalają od ponad 25 lat. „Początkowo zajmowaliśmy się płytkami krzemowymi do promieniowania synchrotronowego, płytkami SOI i krzemowymi lustrami rentgenowskimi” – powiedział Yasuhisa Sano, rzecznik zespołu. Zaczęli przetwarzać podłoża SiC około 15 lat temu, a podłoża GaN i Ga2O3 w ostatnich latach. Godną uwagi cechą PCVM jest zastosowanie ciśnienia plazmy rzędu kilku dziesiątych atmosfery, co zapewnia krótką średnią drogę cząsteczek gazu i niską energię jonów. Reagentem nie jest zatem jon, lecz obojętny wolny rodnik, który nie niszczy układu atomowego obrabianej powierzchni, ani nie odkształca podłoża.

W 2021 r. Sano i współpracownicy zgłosili użycie gazu SF6 do rozcieńczenia 2-calowego podłoża SiC za pomocą PCVM z szybkością 15 μm/min. Niestety tej metody nie można zastosować bezpośrednio do GaN, gdyż gaz SF6 nie zapewnia efektu trawienia. Gazy na bazie chloru również nie nadają się jako oczywisti pretendenci, ponieważ są żrące i mogą uszkodzić powierzchnię urządzeń z azotku galu. Te pytania skłoniły zespół do rozważenia zastosowania wodoru. Zastosowanie wodoru we wzroście azotku galu metodą HVPE, a także obecność gazowego Ga2H6 to pozytywne czynniki warunkujące możliwy sukces.

Badania z udziałem wodoru rozpoczęto od domowego generatora plazmy RF 13,56 MHz składającego się z elektrody rurowej o średnicy zewnętrznej 2 mm i aperturze 0,3 mm oraz 2-calowego podłoża GaN o grubości 0,4 mm. Początkowo zespół zastosował stosunek helu do wodoru 9:1, natężenie przepływu 100 sccm i moc RF 130 W, 150 W, 180 W i 200 W, aby zbadać zmiany szybkości usuwania po pięciu minutach. W eksperymencie wzięto także pod uwagę temperaturę podłoża i ustalono, że głównym czynnikiem wpływającym na poprawę szybkości usuwania była większa moc – zwiększała ona liczbę wolnych rodników wodorowych.

Sano i współpracownicy w dalszym ciągu obliczali wpływ natężenia przepływu gazu przy mocy ustalonej na 180 W. Porównywali szybkości trawienia przy przepływach 100 sccm, 500 sccm i 800 sccm, tym razem przy stosunku helu do wodoru wynoszącym 19:1 , co według wstępnych badań przyspiesza proces trawienia. Przy najwyższym natężeniu przepływu prędkość trawienia osiąga 4 μm/min, ale ma to wpływ na jakość powierzchni, tworząc tzw. powierzchnię gruszkową (patrz rysunek).

Skaningowa mikroskopia elektronowa wykazała osady galu na powierzchni przy natężeniu przepływu 100 sccm. Zespół przypisuje tę morfologię sferycznym osadom galu, które można usunąć po prostu podgrzewając powierzchnię do temperatury 40°C, a następnie ją wycierając. Istnieje jednak bardziej eleganckie rozwiązanie: dodanie do procesu tlenu. Mikroskopia sił atomowych wykazała, że ​​wprowadzenie tlenu zapewniło gładką powierzchnię o chropowatości zaledwie 0,9 nm.

Sano powiedział, że zespół badawczy próbuje obecnie ustalić warunki procesu, aby uzyskać dobrą chropowatość powierzchni. „Jednocześnie pracujemy nad obróbką większych obszarów, aby przybliżyć naszą technologię do praktycznych zastosowań”.

TECHNOLOGIE FOUNTYL PTE. SP. Z O.O. jest nowoczesnym przedsiębiorstwem w dziedzinie zaawansowanej ceramiki, zajmującej się badaniami i rozwojem, produkcją i sprzedażą jako jednym, produkującym głównie porowatą ceramikę, tlenek glinu, tlenek cyrkonu, azotek krzemu, węglik krzemu, azotek glinu, mikrofalową ceramikę dielektryczną i inne zaawansowane materiały ceramiczne. nasz specjalnie zaproszony japoński ekspert ds. technologii ma ponad 30-letnie doświadczenie w branży półprzewodników, skutecznie dostarcza specjalne rozwiązania ceramiczne charakteryzujące się odpornością na zużycie, odpornością na korozję, odpornością na wysoką temperaturę, wysoką przewodnością cieplną oraz izolacją dla klientów krajowych i zagranicznych.