Metodi di crescita dei cristalli AlN

L'AlN, come materiale semiconduttore di terza generazione, non è solo un importante materiale per la luce blu e la luce ultravioletta, ma anche un importante materiale per imballaggio, isolamento dielettrico e isolamento per dispositivi elettronici e circuiti integrati, particolarmente adatto per dispositivi ad alta temperatura e alta potenza . Inoltre, AlN e GaN hanno una buona corrispondenza termica e compatibilità chimica, AlN utilizzato come substrato epitassiale GaN, può ridurre significativamente la densità dei difetti nei dispositivi GaN e migliorare le prestazioni del dispositivo.

Grazie alle interessanti prospettive applicative, la preparazione di cristalli AlN di grandi dimensioni e di alta qualità ha ricevuto grande attenzione da parte dei ricercatori nazionali e internazionali. Attualmente, i cristalli di AlN vengono preparati mediante il metodo della soluzione, la nitrurazione diretta dell'alluminio metallico, l'epitassia in fase gassosa dell'idruro e il trasporto fisico in fase vapore (PVT). Tra questi, il metodo PVT è diventato la tecnologia tradizionale per la crescita dei cristalli AlN con il suo elevato tasso di crescita (fino a 500-1000 μm/h) e l'elevata qualità dei cristalli (densità di dislocazione inferiore a 103 cm-2).

La crescita dei cristalli di AlN con il metodo PVT viene ottenuta mediante sublimazione, trasporto in fase gassosa e ricristallizzazione della polvere di AlN e la temperatura dell'ambiente di crescita arriva fino a 2 300 ℃. Il principio di base della crescita dei cristalli AlN con il metodo PVT è relativamente semplice, come mostrato nella seguente equazione:

2AlN(s) ⥫⥬ 2Al(g) ＋N2(g)

Le fasi principali del processo di crescita sono le seguenti: (1) sublimazione della polvere grezza AlN; (2) trasporto dei componenti in fase gassosa della materia prima; (3) adsorbimento di componenti in fase gassosa sulla superficie di crescita; (4) diffusione superficiale e nucleazione; e (5) processo di desorbimento [10]. Sotto la pressione atmosferica standard, i cristalli di AlN iniziano a decomporsi lentamente in vapore di Al e azoto solo a circa 1.700 ℃, e la reazione di decomposizione di AlN si intensifica rapidamente quando la temperatura raggiunge i 2.200 ℃.

Il materiale TaC è il vero materiale del crogiolo per la crescita dei cristalli AlN in uso, con eccellenti proprietà fisiche e chimiche, eccellente conduttività termica ed elettrica, resistenza alla corrosione chimica e buona resistenza allo shock termico, che può migliorare efficacemente l'efficienza produttiva e la durata.

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