Geliştirilmiş galyum nitrür substrat inceltme teknolojisi

Hidrojen bazlı bir plazmaya geçiş, GaN substratlarının yüksek hızda aşındırılmasını sağlar ve Japonya'daki Osaka Üniversitesi'ndeki mühendisler, hidrojen bazlı plazma kullanarak galyum nitrür (GaN) substratlarının inceltilmesinde yeni bir atılım yaptıklarını iddia ediyorlar. Ekibin 4μm/dakikaya kadar aşındırma hızlarına sahip tekniği, dikey güç cihazları için alt tabakaları inceltmenin uygun bir yolunu sunuyor. Elektrikli araçlarda rekabeti kazanabilmeleri için dikey cihazların açık direncini azaltmak için bu gereklidir.

Osaka Üniversitesi ekibi, günümüzde alt tabakaları inceltmek için kullanılan taşlama ve cilalama gibi mevcut işleme süreçlerine ilgi çekici bir alternatifin öncülüğünü yaptı. Bu mekanik yöntemler silikon güç cihazlarının inceltilmesinde iyi sonuç verir ancak silikon karbür ve galyum nitrür gibi malzemelerin inceltilmesinde çatlama, kenarlanma ve eğrilme gibi sorunlar nedeniyle daha az etkilidir.

GaN substratını inceltmek için Osaka Üniversitesi'ndeki mühendisler, plazma kimyasal gazlaştırma işlemi (PCVM) adı verilen ve 25 yılı aşkın süredir kullandıkları ve geliştirdikleri bir yöntem kullandılar. Ekip sözcüsü Yasuhisa Sano, "Başlangıçta senkrotron radyasyonu için silikon levhalar, SOI levhalar ve silikon X-ışını aynaları ile ilgileniyorduk" dedi. Yaklaşık 15 yıl önce SiC substratlarını, son yıllarda ise GaN ve Ga2O3 substratlarını işlemeye başladılar. PCVM'nin dikkate değer bir özelliği, gaz moleküllerinin kısa ortalama yolunu ve iyonların düşük enerjisini sağlayan, atmosferin onda birkaçı düzeyindeki plazma basınçlarının kullanılmasıdır. Bu nedenle, reaktan bir iyon değil, işlenmiş yüzeyin atomik düzenini bozmayan veya alt tabakayı deforme etmeyen nötr bir serbest radikaldir.

2021'de Sano ve meslektaşları, 2 inçlik SiC alt katmanını PCVM aracılığıyla 15 μm/dakika hızla inceltmek için SF6 gazı kullandıklarını bildirdi. Ne yazık ki bu yöntem doğrudan GaN'a uygulanamıyor çünkü SF6 gazı aşındırma etkisini garanti etmiyor. Klor bazlı gazlar da aşındırıcı oldukları ve galyum nitrür cihazlarının yüzeyine zarar verme potansiyeline sahip oldukları için bariz rakipler olarak uygun değildir. Bu sorular ekibi hidrojen kullanmayı düşünmeye sevk etti. Galyum nitrürün HVPE büyümesinde hidrojen kullanımı ve Ga2H6 gazının varlığı olası başarı için olumlu faktörlerdir.

Hidrojeni içeren çalışmalar, dış çapı 2 mm ve açıklığı 0,3 mm olan boru şeklinde bir elektrot ve 0,4 mm kalınlığında 2 inç GaN substratından oluşan ev yapımı 13,56 MHz RF plazma jeneratörüyle başladı. Başlangıçta ekip, beş dakika sonra uzaklaştırma oranlarındaki değişiklikleri incelemek için 9:1 helyum-hidrojen oranı, 100 sccm akış hızı ve 130 W, 150 W, 180 W ve 200 W RF gücü kullandı. Deney aynı zamanda substrat sıcaklığını da hesaba kattı ve daha yüksek gücün, iyileştirilmiş uzaklaştırma oranının ana etkeni olduğunu belirledi; bu, hidrojen serbest radikallerinin sayısını artırdı.

Sano ve meslektaşları, 180 W'ta sabitlenmiş güçle gaz akış hızlarının etkilerini açıklamaya devam ettiler. 100 sccm, 500 sccm ve 800 sccm akışlardaki aşındırma oranlarını bu kez 19:1 helyum-hidrojen oranıyla karşılaştırdılar. ön çalışmalara göre aşındırma sürecini hızlandırıyor. En yüksek akış hızında, aşındırma hızı 4μm/dak'ya ulaşır, ancak yüzey kalitesi etkilenerek armut derisi yüzeyi adı verilen yüzey oluşturulur (şekle bakın).

Taramalı elektron mikroskobu yüzeyde 100 sccm akış hızında galyum birikintileri gösterdi. Ekip, bu morfolojiyi, yüzeyin 40°C'ye ısıtılması ve ardından silinmesiyle kolayca giderilebilen küresel galyum birikintilerine bağlıyor. Ancak daha zarif bir çözüm var: Sürece oksijen eklemek. Atomik kuvvet mikroskobu, oksijenin eklenmesinin yalnızca 0,9 nm pürüzlülüğe sahip pürüzsüz bir yüzey sağladığını gösterdi.

Sano, araştırma ekibinin şu anda iyi yüzey pürüzlülüğü elde etmek için proses koşullarını oluşturmaya çalıştığını söyledi. "Aynı zamanda teknolojimizi pratik uygulamalara yaklaştırmak için daha geniş alanları işlemek üzerinde çalışıyoruz."

FOUNTYL TEKNOLOJİLERİ PTE. LTD. ileri seramik seti Ar-Ge, üretim ve satış alanında modern bir kuruluştur ve esas olarak gözenekli seramikler, alümina, zirkonya, silisyum nitrür, silisyum karbür, alüminyum nitrür, mikrodalga dielektrik seramikler ve diğer gelişmiş seramik malzemeleri üretir. Özel olarak davet edilen Japon teknoloji uzmanımız, yarı iletken alanında 30 yılı aşkın endüstri deneyimine sahip olup, yerli ve yabancı müşterilere aşınma direnci, korozyon direnci, yüksek sıcaklık dayanımı, yüksek ısı iletkenliği, izolasyon ile özel seramik uygulama çözümlerini verimli bir şekilde sunmaktadır.