Gllium Nitride (GaN) Epitaxy GaN سبسٹریٹ پر کیوں نہیں بڑھتا؟

کی ترقیGaN epitaxyسلیکون کے مقابلے میں مواد کی اعلیٰ خصوصیات کے باوجود، GaN سبسٹریٹ پر ایک منفرد چیلنج پیش کرتا ہے۔GaN epitaxyبینڈ گیپ چوڑائی، تھرمل چالکتا، اور سلکان پر مبنی مواد پر بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ کے لحاظ سے اہم فوائد پیش کرتا ہے۔ اس سے GaN کو سیمی کنڈکٹرز کی تیسری نسل کے لیے ریڑھ کی ہڈی کے طور پر اپنایا جاتا ہے، جو اعلی درجہ حرارت اور تعدد کے تحت بہتر ٹھنڈک، کم ترسیل نقصان، اور بہتر کارکردگی فراہم کرتا ہے، جو فوٹوونک اور مائیکرو الیکٹرانک صنعتوں کے لیے ایک امید افزا اور اہم پیشرفت ہے۔

GaN، بنیادی تیسری نسل کے سیمی کنڈکٹر مواد کے طور پر، خاص طور پر اس کے وسیع اطلاق کی وجہ سے چمکتا ہے اور اسے سلکان کے بعد سب سے اہم مواد میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔ GaN پاور ڈیوائسز موجودہ سلکان پر مبنی آلات کے مقابلے میں اعلیٰ خصوصیات کا مظاہرہ کرتے ہیں، جیسے کہ اعلیٰ اہم الیکٹرک فیلڈ کی طاقت، کم آن مزاحمت، اور تیز رفتار سوئچنگ فریکوئنسی، جو اعلی آپریشنل درجہ حرارت میں نظام کی کارکردگی اور کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔

GaN سیمی کنڈکٹر ویلیو چین میں، جس میں سبسٹریٹ شامل ہے،GaN epitaxy، ڈیوائس ڈیزائن، اور مینوفیکچرنگ، سبسٹریٹ بنیادی جزو کے طور پر کام کرتا ہے۔ GaN قدرتی طور پر سبسٹریٹ کے طور پر کام کرنے کے لیے سب سے موزوں مواد ہے جس پرGaN epitaxyایک یکساں ترقی کے عمل کے ساتھ اس کی اندرونی مطابقت کی وجہ سے اگایا جاتا ہے۔ یہ مادی خصوصیات میں تفاوت کی وجہ سے کم سے کم تناؤ کو یقینی بناتا ہے، جس کے نتیجے میں متضاد ذیلی جگہوں پر اگنے والوں کے مقابلے اعلیٰ معیار کی اپیٹیکسیل تہوں کی تخلیق ہوتی ہے۔ GaN کو ذیلی ذخیرے کے طور پر استعمال کرنے سے، نیلم جیسے ذیلی ذخیرے کے مقابلے میں ایک ہزار کے عنصر سے اندرونی طور پر کم خرابی کی کثافت کے ساتھ، اعلیٰ معیار کی GaN علمیات تیار کی جا سکتی ہے۔ اس سے LEDs کے جنکشن درجہ حرارت میں نمایاں کمی آتی ہے اور lumens فی یونٹ ایریا میں دس گنا اضافہ ہوتا ہے۔

تاہم، GaN آلات کا روایتی سبسٹریٹ ان کی نشوونما سے وابستہ دشواری کی وجہ سے GaN سنگل کرسٹل نہیں ہے۔ GaN سنگل کرسٹل کی ترقی میں ترقی روایتی سیمی کنڈکٹر مواد کے مقابلے میں نمایاں طور پر آہستہ ہوئی ہے۔ چیلنج GaN کرسٹل کی کاشت میں ہے جو لمبے اور لاگت سے موثر ہیں۔ GaN کی پہلی ترکیب 1932 میں ہوئی، جس میں امونیا اور خالص دھاتی گیلیم کا استعمال کرتے ہوئے مواد کو اگایا گیا۔ تب سے، GaN سنگل کرسٹل مواد پر وسیع تحقیق کی گئی ہے، پھر بھی چیلنجز باقی ہیں۔ عام دباؤ میں GaN کی پگھلنے میں ناکامی، بلند درجہ حرارت پر اس کا Ga اور نائٹروجن (N2) میں گل جانا، اور اس کا ڈیکمپریشن پریشر جو 6 گیگاپاسکل (GPa) تک پہنچ جاتا ہے اس کے 2,300 ڈگری سیلسیس کے پگھلنے کے مقام پر موجودہ نمو کے آلات کو ایڈجسٹ کرنا مشکل بناتا ہے۔ اتنے زیادہ دباؤ پر GaN سنگل کرسٹل کی ترکیب۔ روایتی پگھلنے کی ترقی کے طریقوں کو GaN سنگل کرسٹل گروتھ کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکتا، اس طرح epitaxy کے لیے heterogenous substrates کے استعمال کی ضرورت پڑتی ہے۔ GaN پر مبنی آلات کی موجودہ حالت میں، ترقی عام طور پر یکساں GaN سبسٹریٹ استعمال کرنے کے بجائے، سلیکون، سلکان کاربائیڈ، اور سیفائر جیسے ذیلی ذخیروں پر کی جاتی ہے، جس سے GaN ایپیٹیکسیل ڈیوائسز کی نشوونما میں رکاوٹ پیدا ہوتی ہے اور ایسی ایپلی کیشنز کو روکا جاتا ہے جن کے لیے یکساں سبسٹریٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ بڑا آلہ.

GaN ایپیٹیکسی میں کئی قسم کے ذیلی ذخیرے استعمال کیے جاتے ہیں:

1. نیلم:نیلم، یا α-Al2O3، ایل ای ڈی کے لیے سب سے زیادہ وسیع تجارتی سبسٹریٹ ہے، جس نے ایل ای ڈی مارکیٹ کا ایک اہم حصہ حاصل کیا ہے۔ اس کے استعمال کو اس کے منفرد فوائد کے لیے پیش کیا گیا، خاص طور پر GaN epitaxial گروتھ کے تناظر میں، جو کہ اتنی ہی کم سندچیوتی کثافت والی فلمیں تیار کرتا ہے جیسا کہ سلیکن کاربائیڈ سبسٹریٹس پر اگایا جاتا ہے۔ سیفائر کی مینوفیکچرنگ میں پگھلنے کی نشوونما شامل ہے، یہ ایک پختہ عمل ہے جو صنعتی استعمال کے لیے موزوں، کم لاگت اور بڑے سائز پر اعلیٰ معیار کے سنگل کرسٹل کی تیاری کے قابل بناتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، نیلم ایل ای ڈی انڈسٹری میں سب سے قدیم اور سب سے زیادہ مروجہ سبسٹریٹس میں سے ایک ہے۔

2. سلیکون کاربائیڈ:سیلیکون کاربائیڈ (SiC) چوتھی نسل کا سیمی کنڈکٹر مواد ہے جو نیلم کے بعد ایل ای ڈی سبسٹریٹس کے مارکیٹ شیئر میں دوسرے نمبر پر ہے۔ SiC اس کی متنوع کرسٹل شکلوں کی طرف سے خصوصیات ہے، بنیادی طور پر تین اقسام میں درجہ بندی کی گئی ہے: کیوبک (3C-SiC)، ہیکساگونل (4H-SiC)، اور rhombohedral (15R-SiC)۔ SiC کرسٹل کی اکثریت 3C، 4H، اور 6H ہیں، جس میں 4H اور 6H-SiC اقسام کو GaN ڈیوائسز کے ذیلی ذخیرے کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔

ایل ای ڈی سبسٹریٹ کے طور پر سلکان کاربائیڈ ایک بہترین انتخاب ہے۔ اس کے باوجود، اعلیٰ معیار کے، بڑے سائز کے SiC سنگل کرسٹل کی پیداوار چیلنجنگ بنی ہوئی ہے، اور مواد کی تہہ دار ڈھانچہ اسے دراڑ کا شکار بناتی ہے، جو اس کی میکانکی سالمیت کو متاثر کرتی ہے، ممکنہ طور پر سطحی نقائص کو متعارف کراتی ہے جو epitaxial تہہ کے معیار کو متاثر کرتے ہیں۔ سنگل کرسٹل SiC سبسٹریٹ کی قیمت ایک ہی سائز کے نیلم سبسٹریٹ سے لگ بھگ کئی گنا ہے، جو اس کی پریمیم قیمتوں کی وجہ سے اس کے وسیع پیمانے پر استعمال کو محدود کرتی ہے۔

Semicorex  850V ہائی پاور GaN-on-Si Epi Wafer

3. سنگل کرسٹل سلکان:سیلیکون، سب سے زیادہ استعمال شدہ اور صنعتی طور پر قائم سیمی کنڈکٹر مواد ہونے کے ناطے، GaN ایپیٹیکسیل سبسٹریٹس کی تیاری کے لیے ایک ٹھوس بنیاد فراہم کرتا ہے۔ اعلی درجے کی سنگل کرسٹل سلکان کی ترقی کی تکنیکوں کی دستیابی اعلی معیار، 6 سے 12 انچ سبسٹریٹس کی لاگت سے موثر، بڑے پیمانے پر پیداوار کو یقینی بناتی ہے۔ یہ ایل ای ڈی کی لاگت کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے اور سنگل کرسٹل سلکان سبسٹریٹس کے استعمال کے ذریعے ایل ای ڈی چپس اور انٹیگریٹڈ سرکٹس کے انضمام کی راہ ہموار کرتا ہے، جس سے چھوٹے بنانے میں پیشرفت ہوتی ہے۔ مزید برآں، نیلم کے مقابلے، جو اس وقت سب سے عام LED سبسٹریٹ ہے، سلکان پر مبنی ڈیوائسز تھرمل چالکتا، برقی چالکتا، عمودی ڈھانچے کو گھڑنے کی صلاحیت، اور ہائی پاور ایل ای ڈی فیبریکیشن کے لیے بہتر فٹ ہونے کے لحاظ سے فوائد پیش کرتے ہیں۔**