Fremstillingsproces af galliumarsenidmateriale
Siden 1950'erne er der udviklet en række galliumarsenid-krystalvækstmetoder. Nuværende mainstream industrielle vækstprocesser omfatter flydende forseglet straight drawing (LEC), vandret Brijman metode (HB), vertikal Brijman metode (VB) og vertikal gradient størkning (VGF).
1. Flydende forseglet Czochralski (LEC)
LEC-metoden er den vigtigste proces til dyrkning af ikke-doteret halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystal (SI GaAs). I øjeblikket er mere end 80% af halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystaller på markedet vokset ved LEC-metoden. LEC-metoden anvender en grafitvarmer og en PBN-smeltedigel og bruger B2O3 som et flydende tætningsmiddel til at udføre galliumarsenidkrystalvækst i en argonatmosfære på 2 MPa. Den største fordel ved LEC-processen er, at den har høj pålidelighed og er let at dyrke enkle krystaller med lang diameter. Krystalcarbonindholdet er kontrollerbart, og krystallernes halvisolerende egenskaber er gode. De væsentligste ulemper er: Den kemiske dosis er vanskelig at kontrollere, temperaturgraden for det termiske felt er stor (100 ~ 150 K / cm), og krystallets dislokationstæthed er op og ujævn. Japans Hitachi Cable Co., Ltd. etablerede i 1998 en 6-tommers LEC GaAs-krystalproduktionslinje i 1998. Virksomheden installerede verdens største GaAs enkeltkrystalovne på den tid med en diameter på 400 mm, en foderkapacitet på 50 kg, og en 6-tommers enkelt vækst. Krystallængden når 350 mm. I 2000 rapporterede Freiberger den 8-tommer gallium arsenid enkeltkrystal udviklet af verdens første LEC-proces.
2. Horisontal Bridgman (HB)
HB-metoden var engang hovedprocessen for masseproduktion af halvleder (lavresistent) galliumarsenid-enkeltkrystal (SC GaAs) ved anvendelse af kvartsbåde og kvartsrør til at vokse under normalt tryk med høj pålidelighed og stabilitet. Fordelen med HB-metoden er, at arsen dampen kan anvendes til præcist at styre støkiometrisk forhold i legemet, og temperaturgradienten er lille for at opnå formålet med at reducere dislokationer. Dislokationstætheden af HB gallium arsenid enkeltkrystal er mere end en størrelsesorden lavere end den af LEC gallium arsenid enkeltkrystal. Den største ulempe er, at mænd vokser ikke-dopede halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystaller, og krystalinterfacet vokser er D-efternavnet, hvilket vil medføre et stort materialeaffald under behandling i wafers. Samtidig er det svært at dyrke krystal med store diameter på grund af den bærende kapacitet af kvartsbåde ved høje temperaturer. På nuværende tidspunkt er masseproduktionen af HB-processen hovedsagelig i tilfælde af 2 tommer og 3 tommer krystaller, og det rapporterede maksimale galliumarsenid af galliumarsenidet er 4 tommer. På nuværende tidspunkt er der ikke mange virksomheder, der bruger HB-processen til fremstilling af galliumarsenidmaterialer. Med moden af VB og VGF-processerne er HB-processen gradvist udskiftet.
3. Vertikal Bridgman (VB)
VB-metoden er en krystalvækstproces, der blev udviklet i slutningen af 1980'erne. De syntetiserede galliumarsenidpolykrystal-, B2O3- og frøkrystaller blev pakket i PBN-smeltedigel og forseglet i en støvsuget kvartsflaske. Ovnen krop blev placeret lodret. Ledningen opvarmes af en modstandstråd, og kvartsflasken er lodret placeret midt i ovnen. Ved en høj temperatur smelter galliumarsenidpolykrystallen og smeltes derefter sammen med frøkrystallet, og derefter bevæges kvartscylinderen og diglen nedad af støttestangen gennem en manøvreringsmekanisme. Under en bestemt temperaturgradient vokser enkeltkrystallet langsomt fra frøkrystalenden. VB-metoden kan vokse en lav-resistent gallium arsenid enkeltkrystal eller en høj-resistent halvisolerende gallium arsenid enkeltkrystal. Den gennemsnitlige EPD for krystal er under 5.000 / cm-2.
4. Lodret Gradient Solidification (Vertikal Gradient Freeze, benævnt VGF)
Princippet og anvendelsesområdet for VGF-processen og VB-processen er stort set ens. Den største forskel er, at VGF-metoden annullerer den krystal faldende vognmekanisme og rotationsmekanismen. Computeren styrer det termiske felt præcist for langsomt at køle ned, og vækstgrænsefladen bevæger sig opad fra smelters nedre ende for at fuldføre krystalvæksten. Denne proces gør krystalvækstgrænsefladen mere stabil på grund af elimineringen af den mekaniske transmissionsmekanisme og er egnet til dyrkning af ultra-lav dislokation GaAs enkeltkrystal. Ulempen ved VB- og VGF-processerne er, at krystalvæksten ikke kan observeres og bedømmes under krystalvækstprocessen, og krystalvækstperioden er lang. På nuværende tidspunkt har det internationale kommercielle niveau været i stand til at producere 6-tommer VB / VGF gallium arsenidkrystaller. I 2002 rapporterede Freiberger verdens første 8-tommer gallium arsenid-enkeltkrystal udviklet af VGF-processen.