Fremstilling av galliumarsenidmateriale
Siden 1950-tallet har en rekke galliumarsenid-krystall vekstmetoder blitt utviklet. Nåværende vanlige industrielle vekstprosesser inkluderer flytende forseglet straight drawing (LEC), horisontal Brijman metode (HB), vertikal Brijman metode (VB) og vertikal gradient størkning (VGF).
1. Flytende forseglet Czochralski (LEC)
LEC-metoden er hovedprosessen for å dyrke ikke-dopet halvisolerende gallium arsenid-krystall (SI GaAs). For tiden er mer enn 80% av halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystaller på markedet vokst ved LEC-metoden. LEC-metoden bruker en grafittvarmer og en PBN-smeltedigel, og bruker B2O3 som et flytende tetningsmiddel for å utføre galliumarsenidkrystallvekst i en argonatmosfære på 2 MPa. Den største fordelen ved LEC-prosessen er at den har høy pålitelighet og er lett å dyrke enkle krystaller med lang diameter. Krystallkullinnholdet er kontrollerbart og de halvisolerende egenskapene til krystallene er gode. De viktigste ulempene er: den kjemiske dosen er vanskelig å kontrollere, temperaturgradienten i det termiske feltet er stor (100 ~ 150 K / cm), og krystallets dislokasjonstetthet er opp og ujevnt. Japans Hitachi Cable Co., Ltd etablerte først en 6-tommers LEC GaAs-krystallproduksjonslinje i 1998. Selskapet installerte verdens største GaAs-krystallovn på den tiden, med en diameter på 400 mm, en fôringskapasitet på 50 kg, og en 6-tommers enkelt vekst. Krystalllengden når 350 mm. I 2000 rapporterte Freiberger 8-tommers gallium arsenid-krystall utviklet av verdens første LEC-prosess.
2. Horisontal Bridgman (HB)
HB-metoden var en gang hovedprosessen for masseproduksjon av halvleder (lavresistent) gallium arsenid-krystall (SC GaAs), ved bruk av kvartsbåter og kvartsrør for å vokse under normalt trykk, med høy pålitelighet og stabilitet. Fordelen med HB-metoden er at arsen-dampen kan brukes til å nøyaktig styre støkiometrisk forhold i legemet, og temperaturgradienten er liten for å oppnå formålet med å redusere dislokasjoner. Dislokasjonstettheten av HB gallium arsenid enkeltkrystall er mer enn en størrelsesorden lavere enn den for LEC gallium arsenid enkeltkrystall. Den største ulempen er at menn vokser ikke-dopet halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystaller, og krystallgrensesnittet vokser er D etternavn, noe som vil føre til at et stort materialeavfall behandles i wafers. Samtidig er det vanskelig å dyrke krystall med store diameter på grunn av den bærende kapasiteten til kvartsbåter ved høye temperaturer. For tiden er masseproduksjonen av HB-prosessen hovedsakelig i tilfelle av 2 tommer og 3 tommer krystaller, og det rapporterte maksimale galliumarsenid av galliumarseniden er 4 tommer. For tiden er det ikke mange selskaper som bruker HB-prosessen for produksjon av galliumarsenidmaterialer. Med moden til VB- og VGF-prosessene, har HB-prosessen blitt gradvis erstattet.
3. Vertikal Bridgman (VB)
VB-metoden er en krystallvekstprosess som ble utviklet på slutten av 1980-tallet. De syntetiserte galliumarsenidpolykrystall-, B2O3- og frøkrystaller ble pakket i PBN-smeltedigel og forseglet i en støvsuget kvartsflaske. Ovnlegemet ble plassert vertikalt. Ledningen oppvarmes av en motstandstråd, og kvartsflasken er plassert vertikalt midt i ovnen. Ved høy temperatur smelter galliumarsenidpolykrystallen og smeltes deretter sammen med frøkrystallen, og deretter blir kvartsylinderen og smeltedigelen beveget nedover av støttestangen gjennom en manøvreringsmekanisme. Under en viss temperaturgradient vokser enkeltkrystall sakte fra frøkrystallenden. VB-metoden kan vokse en lav-resistent gallium arsenid enkeltkrystall eller en høyresistens halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystall. Den gjennomsnittlige EPD for krystallet er under 5000 / cm-2.
4. Vertikal Gradient Solidification (Vertikal Gradient Freeze, referert til som VGF)
Prinsipp- og applikasjonsfeltet til VGF-prosessen og VB-prosessen er i utgangspunktet like. Den største forskjellen er at VGF-metoden avbryter krystallfallende vognmekanismen og rotasjonsmekanismen. Datamaskinen kontrollerer nøyaktig det termiske feltet for sakte å kjøle seg ned, og vekstgrensesnittet beveger seg oppover fra smeltens nedre ende for å fullføre krystallveksten. Denne prosessen gjør krystallvekstgrensesnittet mer stabilt på grunn av eliminering av mekanisk transmisjonsmekanisme, og er egnet for dyrking av ultra-lav dislokasjon GaAs enkeltkrystall. Ulempen med VB- og VGF-prosessene er at krystallveksten ikke kan observeres og dømmes under krystallvekstprosessen, og krystallvækstperioden er lang. I dag har det internasjonale kommersielle nivået vært i stand til masse å produsere 6-tommers VB / VGF gallium arsenidkrystaller. I 2002 rapporterte Freiberger verdens første 8-tommers gallium arsenid-krystall utviklet av VGF-prosessen.