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Methoden des AlN-Kristallwachstums

2023-10-20

Als Halbleitermaterial der dritten Generation ist AlN nicht nur ein wichtiges Material für blaues und ultraviolettes Licht, sondern auch ein wichtiges Verpackungs-, dielektrisches Isolations- und Isolationsmaterial für elektronische Geräte und integrierte Schaltkreise, insbesondere geeignet für Hochtemperatur- und Hochleistungsgeräte . Darüber hinaus weisen AlN und GaN eine gute thermische und chemische Kompatibilität auf. Wenn AlN als epitaktisches GaN-Substrat verwendet wird, kann es die Defektdichte in GaN-Geräten erheblich reduzieren und die Geräteleistung verbessern.



Aufgrund der attraktiven Anwendungsaussichten hat die Herstellung hochwertiger, großformatiger AlN-Kristalle große Aufmerksamkeit von Forschern im In- und Ausland erhalten. Derzeit werden AlN-Kristalle durch Lösungsverfahren, direkte Nitrierung von Aluminiummetall, Hydrid-Gasphasenepitaxie und physikalischen Dampfphasentransport (PVT) hergestellt. Unter diesen hat sich die PVT-Methode mit ihrer hohen Wachstumsrate (bis zu 500–1000 μm/h) und ihrer hohen Kristallqualität (Versetzungsdichte unter 103 cm-2) zur Haupttechnologie für die Züchtung von AlN-Kristallen entwickelt.


Das Wachstum von AlN-Kristallen mit der PVT-Methode erfolgt durch Sublimation, Gasphasentransport und Rekristallisation von AlN-Pulver, und die Temperatur der Wachstumsumgebung beträgt bis zu 2.300 °C. Das Grundprinzip der Züchtung von AlN-Kristallen mit der PVT-Methode ist relativ einfach, wie in der folgenden Gleichung dargestellt:


2AlN(s) ⥫⥬ 2Al(g) +N2(g)


Die Hauptschritte des Wachstumsprozesses sind wie folgt: (1) Sublimation von AlN-Rohpulver; (2) Transport von Gasphasenkomponenten des Rohmaterials; (3) Adsorption von Gasphasenkomponenten auf der Wachstumsoberfläche; (4) Oberflächendiffusion und Keimbildung; und (5) Desorptionsprozess [10]. Unter normalem Atmosphärendruck beginnen AlN-Kristalle erst bei etwa 1.700 °C langsam in Al-Dampf und Stickstoff zu zerfallen, und die Zersetzungsreaktion von AlN intensiviert sich schnell, wenn die Temperatur 2.200 °C erreicht.


TaC-Material ist das echte verwendete AlN-Kristallwachstumstiegelmaterial mit hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften, ausgezeichneter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, chemischer Korrosionsbeständigkeit und guter Wärmeschockbeständigkeit, was die Produktionseffizienz und Lebensdauer effektiv verbessern kann.


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