PAM-XIAMEN può fornire substrato AlN monocristallino, ulteriori specifiche si prega di consultare:https://www.powerwaywafer.com/aln-substrate.html.

La struttura cristallina AlN (nitruro di alluminio) ha wurtzite esagonale (fase α) e sfalerite cubica (fase β), e la struttura esagonale della wurtzite è una struttura stabile, come mostrato in Fig. 1. AlN appartiene ai semiconduttori elettronici con bandgap diretto con una larghezza di banda proibita di 6,2 eV. Negli ultimi decenni, ricercatori di vari paesi si sono impegnati in ricerche approfondite sulla crescita dei singoli cristalli di AlN e hanno sviluppato vari metodi di processo di crescita, come l'epitassia in fase vapore di idruro (HVPE), la deposizione chimica da fase vapore di metallo organico (MOCVD), epitassia da fascio molecolare (MBE), deposizione di strati atomici (ALD) e trasporto fisico di vapore (PVT).

Fig. 1: Struttura cristallina AlN (a) struttura esagonale della wurtzite e (b) tipo di legame

Tra questi, il PVT è ampiamente riconosciuto come l'unico metodo per coltivare singoli cristalli AlN di alta qualità in forma sfusa. Ha le caratteristiche di un rapido tasso di crescita, una buona integrità dei cristalli e un'elevata sicurezza, ed è sempre stato un punto caldo della ricerca e una difficoltà nella crescita dei singoli cristalli AlN. Esistono tre importanti strategie di crescita per la crescita del PVT monocristallino AlN:

1) Nucleazione e crescita spontanea;

2) Crescita eteroepitassiale su substrato SiC 4H -/6H;

3) Crescita epitassiale omogenea.

Tra questi, il metodo di crescita epitassiale omogeneo può utilizzare cristalli di nitruro di alluminio di piccole dimensioni ottenuti attraverso la crescita di nucleazione spontanea come cristalli seme per la crescita per espansione dei cristalli. Grazie all'assenza di effetti di disadattamento reticolare, può mantenere o addirittura migliorare la qualità dei cristalli epitassiali, ottenendo al contempo il vantaggio di espandere la dimensione dei cristalli.

1. Superficie dell'abitudine di crescita dell'AlN

Nella cella AIN, i piani (0001), [10-10], [-12-10] e [10-11] sono piani cristallini relativamente densamente impaccati nel reticolo, con densità di rete piana corrispondenti di 1,15/a², 1,25/a², 144/a²e 1,65/a². Questi piani cristallini possono tutti fungere da piani di crescita per i cristalli AlN. La crescita effettiva dei cristalli AIN dipende dalla temperatura e dalla sovrasaturazione dell'atmosfera alla quale il cristallo cresce. La morfologia cristallina finale è strettamente correlata alla fase ambientale e alla struttura cristallina e presenta una morfologia cristallina specifica. Questo fenomeno è chiamato abitudine di crescita del cristallo e il corrispondente piano di crescita del cristallo è il piano dell'abitudine di crescita.

Secondo i risultati della ricerca di Lewis, la superficie del cristallo ottiene posizioni di torsione favorevoli per la crescita del cristallo attraverso la nucleazione bidimensionale, che è correlata alla sua energia di interfaccia. Nel caso di elevata sovrasaturazione, i piani cristallini con elevata energia di interfaccia e i piani cristallini con bassa energia di interfaccia possono nucleare e crescere liberamente. La crescita dei cristalli può essere ottenuta senza seguire abitudini di crescita specifiche e i cristalli cresciuti non riflettono forme cristalline specifiche. Nel caso di bassa sovrasaturazione, i piani cristallini con elevata energia interfacciale hanno maggiori probabilità di formare nuclei bidimensionali e ricevere una crescita preferenziale rispetto a quelli con bassa energia interfacciale. La nucleazione bidimensionale dei piani cristallini con bassa energia interfacciale è spesso soppressa e il tasso di crescita dei piani cristallini è inferiore a quello di quelli con alta energia interfacciale. In questo caso, il risultato della crescita dei cristalli è che il cristallo ha una forma cristallina specifica.

2. IlRrelazioneBtraAlN CcristalloHabitudini eGfilaTtemperatura

Numerosi esperimenti di crescita con nucleazione spontanea hanno dimostrato che quando la temperatura di crescita è bassa, i cristalli cresciuti spontaneamente crescono a forma di ago a spirale, con un tasso di crescita di diversi ordini di grandezza superiore nella direzione c rispetto ad altre direzioni; Quando la temperatura di crescita è compresa tra 2050~2100 ℃, la morfologia macroscopica della crescita dei cristalli cambia da a forma di ago a tipica forma di prisma esagonale; Quando la temperatura di crescita aumenta a 2150-2200 ℃, il cristallo mostra una crescita equiassica. Tuttavia, quando la temperatura di crescita aumenta ulteriormente fino a 2250-2300 ℃, la morfologia macroscopica del cristallo mostra una forma a cuneo irregolare, come mostrato in Fig. 2.

Fig. 2 Relazione tra abitudini dei cristalli AlN e temperatura di crescita

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