رقاقة أشباه الموصلات من SiC / GaN للأجهزة الكهروضوئية

رقاقة أشباه الموصلات من SiC / GaN للأجهزة الكهروضوئية

تنقسم مجالات تطبيق رقائق SiC و GaN بشكل أساسي إلى مجال طاقة إلكتروني ، مجال تردد لاسلكي ، مجال إلكتروني ضوئي ، ومجالات أخرى. من بينها ، يعد مجال الطاقة الإلكترونية ومجال التردد اللاسلكي من أهم التطبيقات ، كما أن مزايا استخدام مادة SiC واضحة. تم تقديم هذين المجالين من قبل ، وسيتم مناقشة تقنيات تصنيع رقاقة أشباه الموصلات من GaN و SiC للأجهزة الإلكترونية الضوئية في الجزء التالي.

1. تصنيع رقاقة أشباه الموصلات من حيث التلألؤ

بادئ ذي بدء ، لنبدأ خطوات عملية تصنيع رقاقة أشباه الموصلات باللمعان. تحتوي أشباه الموصلات على فجوة في النطاق ، والتي يمكن استخدامها لإصدار ضوء الليزر.

يحتوي الليزر العملي على ثلاثة عناصر: مصدر المضخة ، المادة العاملة ، وتجويف الرنين. مصدر المضخة هو مثل مصدر الطاقة ، مما يعطي الطاقة لمادة العمل لإصدار ضوء الليزر ؛ يسمح تجويف الرنين بتركيب الليزر معًا للحصول على ضوء طاقة أعلى ؛ لكن الجوهر هو مادة العمل - مستوى الطاقة الذي يمكن أن يحقق بنية انعكاس السكان.

من الضروري أن تكون قادرًا على تحقيق الانعكاس السكاني ، لأن الليزر هو نوع من الإشعاع المحفز. هناك عمليات انتقال أخرى في خطوات معالجة رقاقة أشباه الموصلات. فقط عندما تكون عملية الإشعاع المحفز كافية ، يمكن عرض الليزر. تشمل العمليات الأخرى الانبعاث التلقائي والاسترخاء والعمليات الأخرى.

من أجل تحقيق الانعكاس السكاني ، فإن هيكل مستوى الطاقة المشترك هو هيكل من ثلاثة مستويات. لذلك يمكن التحكم في العمليات المختلفة بين مستويات الطاقة.

على سبيل المثال ، تحقيق الليزر. يُضخ الإلكترون من مستوى الطاقة المنخفض إلى مستوى الطاقة المرتفع من خلال مصدر المضخة ؛ الإلكترون غير مستقر عند مستوى الطاقة العالي ، يتم إيقاف الإلكترونات عند مستوى الطاقة الوسيط عن طريق إضافة مستوى طاقة وسيط مستقر نسبيًا. عندما يكون هناك عدد كافٍ من الإلكترونات ، يكون الضوء قويًا جدًا ؛ تحت تأثير تجويف الرنين ، يتم تضخيمه باستمرار ، وهو الضوء الذي يتم تضخيمه بواسطة الإشعاع المحفز - الليزر.

2. تحليل حالة لرقاقة أشباه الموصلات تلفيق في الأجهزة الكهروضوئية

من أجل تحقيق إخراج ليزر يبلغ 1300 نانومتر (1.3 ميكرومتر) ، تم تصنيع ليزر أشباه الموصلات. بالنسبة لطريقة تصنيع رقاقة أشباه الموصلات ، يتم إخراج الليزر المطلوب من خلال 0.954eV InAs ، ويتم تحويل تغيير الطاقة إلى طاقة كهربائية إلى GaAs ، ثم إخراج الليزر ، ويتم تحويله أخيرًا إلى ليزر إخراج InAs.

هيكل epi - تصنيع رقاقة أشباه الموصلات

عملية تصنيع رقاقة أشباه الموصلات GaAs بأكملها (Figurebelow) ، الأول هو الهيكل الأساسي:

يتم ترتيب GaAs و AlGaAs بالتناوب ورقيقة بدرجة كافية لتكون شبكة فائقة. يسمح إدخال عنصر Al بتعديل مستوى طاقة GaAs من 1.424eV إلى 2.168eV ، ويمكن الحصول على مستوى الطاقة المرتفع المقابل. يستخدم GaAs كمستوى طاقة متوسط ​​لإخراج ليزر المضخة. تحت تأثير الكهرباء ، يتم ضخ الإلكترونات باستمرار إلى مستوى الطاقة العالي لـ AlGaAs ، ثم تقفز لأسفل من مستوى الطاقة المتوسط ​​لـ GaAs.

ثم الهيكل العلوي:

يتم اشتقاق خرج الليزر من تحضير حجم InAs إلى مستوى النانومتر ، مما يزيد فجوة الطاقة من 0.354eV إلى 0.954eV (0.954eV = 1240nm · eV / 1300nm) ، مما يجعله مستوى طاقة وسيطًا جيدًا. مصدر المضخة هو ليزر GaAs يتم الحصول عليه من خلال الشبكة الفائقة أدناه. تحت تأثير الليزر الناتج عن GaAs ، يتم ضخ الإلكترونات باستمرار إلى مستوى الطاقة العالي لـ GaAs ، ثم تقفز لأسفل من مستوى الطاقة المتوسط ​​لـ InAs.

3. الجاليوم والتلألؤ

تمتص فوتونات لومي. من أجل تحقيق ذلك بشكل أكثر ملاءمة ، يحتوي مستوى الطاقة المستخدم بشكل عام على هيكل به فجوة نطاق مباشرة.

في الواقع ، بالإضافة إلى GaAs و InP المضيئين أعلاه ، فإن مادة أشباه الموصلات من الجيل الثالث GaN لها أيضًا فجوة نطاق مباشرة. يتم عرض بيانات أشباه الموصلات الشائعة في الجدول أدناه:

  مادة فجوة الفرقة نوع فجوة النطاق شدة مجال الانهيار
MV / سم
هجرة الإلكترون

معدل
سم2/(ضد)

هجرة الحفرة

معدل
سم2/(ضد)

معدل انجراف الإلكترون المشبع
107سم / ثانية
توصيل حراري
ث / (سم- K)
ثابت العزل الكهربائي صلابة
الجيل الاول سي 1.12 غير مباشر 0.3 1600 430 1 1.48 11.9 7
شركة جنرال الكتريك 0.67 غير مباشر 0.1 3900 1900   0.6 16.0 6.0
الجيل الثاني الغاليوم 1.42 مباشرة 0.4 8500 400 1.3 0.55 13.1 4
InP 1.344 مباشرة 0.45 0.68 12.5
الجيل الثالث الجاليوم 3.39 مباشرة 2.6 1000 200 2.5 1.3 9
عين 6.2 مباشرة 1.2 300 14 1.4 2.85 9.14
Ga2O3 4.8 مباشرة 8 300 0.3
4H- كربون 3.26 غير مباشر 3 500 120 2.5 3.4 10.1 9.25
6H- كربيد 2.86 1.2 260 50
3C-SiC 2.2 1.2 900 320
آخر الماس 5.5 غير مباشر 20 2800 1300 2.7 22 5.7 10.0
  • GaN من PAM-XIAMEN.

يحتوي GaN على فجوة نطاق أكبر من GaAs و InP. من خلال ضبط فجوة النطاق هذه ، يمكن الحصول على نطاق أوسع من خرج الضوء.

فجوة النطاق في GaAs هي 1.42eV ، مما يعني أنه عندما يتم إنشاء ضوء أقل من 873 نانومتر. سيكون هناك امتصاص كبير ، ولن تعمل شدة الضوء في أنظمة تصنيع رقائق أشباه الموصلات.

تبلغ فجوة النطاق في InP 1.344eV ، مما يعني أنه عندما يتم إنشاء ضوء أقل من 925nm. سيكون هناك امتصاص كبير ، ولن تعمل شدة الضوء في هذا الوقت.

تبلغ فجوة النطاق في GaN 3.4eV ، مما يعني أنه عندما يتم إنشاء ضوء أقل من 364nm. سيكون هناك امتصاص كبير ، ولن تعمل شدة الضوء في هذا الوقت.

إنها ميزة GaN التي يمكن أن تنتج الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. استخدام الضوء المرئي في عملية تصنيع رقاقة أشباه الموصلات: المصباح الأزرق هو إضافة In و Al إلىالجاليوم فوق المحور؛ يتمتع الضوء ذو الطول الموجي المنخفض بطاقة أكبر واستخداماته المهنية ، مثل التعقيم ، ووضع العلامات ، والقطع ، إلخ.

من أجل تحضير أجهزة GaN ،الركيزة SiCتم اختياره مرة أخرى. لمزيد من التفاصيل حول سبب اختيار ركيزة SiC لتصنيع رقاقة أشباه الموصلات ، يرجى الرجوع إلىتطبيق SiC في أجهزة التردد اللاسلكي.

لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني على victorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.

شارك هذا المنشور