Le nitrure de GA A A alliuN ° de C C C catalogue (GaN) est un N ° de catalogueatériau seN ° de cataloguei-C C C conducteur clé à large bande passante largement utilisé dans l’optoélectronique et les dispositifs électroniques de haute puissance. Pour répondre aux exigences strictes de ces applications à haute performance, la fabrication de substrats monocristaux GaN de haute qualité est essentielle. Cet article décrit le processus de fabrication détaillé, y compris l’acquisition du cristal, le tranchage, le polissage et le traitement de surface, en mettant l’accent sur la précision et le contrôle de la qualité.

1. Acquisition de GaN Crystal

La fabrication de substrats monocristaux GaN commence par la croissance de cristaux GaN de haute qualité. Les techniques courantes de croissance comprennent HVPE (épitaxie en phase de vapeur d’hydrure), la méthode ammonothermique, et la méthode de flux na-. Ces méthodes produisent des cristaux de GaN en vrac, qui servent de base au traitement du substrat.

• HVPE:GaN est cultivé par une réaction chimique entre le chlorure de gallium (GaCl) et l’ammoniac (NH₃) à haute température. Cette méthode se caractérise par son taux de croissance élevé et sa densité de défaut relativement faible.

• Méthode ammonothermique:GaN est cultivé dans un environnement d’ammoniac à haute température et haute pression en utilisant une réaction solvothermique, idéale pour produire des cristaux à faible densité de défauts.

• Méthode Na-Flux:Il s’agit de la réaction du gallium avec l’ammoniac dans une solution de flux pour déposer des cristaux de GaN. Il est rentable mais limité en taille de cristal.

  
  

2. Orientation du cristal

L’orientation du cristal est essentielle pour assurer la qualité du traitement ultérieur du substrat. La diffraction des rayons x (XRD) ou la diffraction de Laue est utilisée pour déterminer l’orientation du cristal GaN. L’orientation souhaitée (p. ex.,$c$-avion,$a$-avion,$m$-plan) est sélectionné en fonction des exigences de l’application. Le conseil des ministres$c$- l’orientation plane est la plus couramment utilisée pour les dispositifs optoélectroniques et la croissance épitaxiale.

3. Tranchage de cristal

Le tranchage est une étape clé dans la transformation des cristaux de GaN en tranches minces.

• Outils:Des scies à fil diamanté de haute précision ou des scies à diamètre intérieur (ID) sont utilisées pour assurer la précision et la planéité.

• Processus:

  Le cristal bulk GaN est solidement monté sur un montage pour maintenir la stabilité et l’alignement précis.

  Le cristal est tranché en tranches minces dont l’épaisseur varie généralement de 300 à 1000 µm.

  La vitesse et la pression de coupe sont soigneusement contrôlées pour minimiser les fissures ou le gauchissement.

Après le tranchage, les surfaces des plaquettes sont relativement rugueuses et nécessitent un traitement ultérieur.

4. La planarisation

Les tranches tranchées présentent une rugosité de surface et des contraintes résiduelles qui doivent être traitées par meulage et planarisation.

• Broyage grossier:Les abrasifs diamantés grossiers ou le lisier sont utilisés pour enlever les dommages de surface et les couches de contraintes mécaniques.

• Broyage fin:Des abrasifs plus fins sont ensuite utilisés pour améliorer la planéité et préparer les plaquettes pour le polissage.

Après le meulage, la rugosité de surface est considérablement réduite, mais un polissage supplémentaire est nécessaire pour répondre aux exigences strictes de la fabrication de semi-conducteurs.

5. Polissage mécanique chimique (CMP)

Le CMP est une étape cruciale pour obtenir des surfaces ultra-lisses avec un minimum de défauts.

• Principe:Une combinaison de gravure chimique et d’abrasion mécanique élimine les irrégularités de surface et les micro-défauts.

• Processus:

  Une boue de polissage contenant de l’alumine ou de la silice est appliquée, avec une pression et une vitesse de rotation contrôlées.

  Les paramètres de processus, y compris le temps de polissage, la pression et la température, sont soigneusement optimisés pour éviter d’introduire de nouveaux dommages.

  Après CMP, la rugoité de surface (Ra) du substrat monocristalline GaN peut atteindre 0,1-0,5 nm, répondant aux exigences d’une croissance épitaxiale de haute qualité.

6. Traitement de Surface

Pour améliorer encore la qualité de surface et la performance des cristaux, des traitements supplémentaires sont appliqués:

• Gravure chimique:Des solutions d’acide phosphorique chaud ou d’acide fluorhydrique sont utilisées pour éliminer les couches résiduelles de défaut.

• Nettoyage ultrasonique:L’eau désionisée et le nettoyage ultrasonique éliminent les particules et les résidus chimiques de la surface du substrat.

7. Ajustement dimensionnel du substrat

Les tranches GaN traitées sont ajustées pour répondre aux exigences spécifiques de l’application:

• Diamètre:Les plaquettes sont coupées en tailles standard telles que des diamètres de 2 pouces, 4 pouces ou 6 pouces.

• Épaisseur:L’épaisseur est ajustée pour correspondre aux exigences de croissance épitaxiale ou de fabrication de dispositif, typiquement 100-500 µm.

• Substrats à motifs (PSS):Des microstructures ou des nanostructures sont créées sur la surface de la plaquette en utilisant la gravure laser pour améliorer la qualité de la croissance épitaxiale ultérieure.

8. Inspection de la qualité

Pour s’assurer que les substrats répondent aux exigences strictes des applications de semi-conducteurs, des inspections de qualité rigoureuses sont effectuées:

• Qualité de Surface:La microscopie optique et la microscopie par force atomique (AFM) sont utilisées pour vérifier les défauts de surface, la rugosité et les rayures.

• Qualité du cristal:La DRX est utilisée pour mesurer la déviation d’orientation du cristal, tandis que les tests de photoluminescence (PL) sont utilisés pour évaluer la densité des défauts.

• Chaîne et Stress:L’interférométrie ou d’autres méthodes optiques mesurent la chaîne des plaquettes et les contraintes résiduelles.

9. Emballage Final

Les substrats monocristaux GaN de haute qualité qui passent l’inspection sont emballés dans un environnement de salle blanche pour prévenir la contamination ou les dommages mécaniques pendant le transport. Les substrats emballés sont prêts à être livrés aux fabricants de semi-conducteurs pour être utilisés dans des dispositifs optoélectroniques et électroniques de puissance avancés.

Conclusion Conclusion

La fabrication de substrats monocristaux GaN implique un processus à plusieurs étapes et de haute précision. De la croissance initiale des cristaux GaN au tranchage, au polissage et au traitement de surface, chaque étape joue un rôle essentiel pour assurer le substrat final.#39; S qualité. L’optimisation continue des techniques de fabrication et le contrôle de la densité des défauts sont essentiels pour améliorer les performances du substrat, préparant ainsi la voie à leur utilisation intensive dans les dispositifs à semi-conducteurs de nouvelle génération.

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