GaN پر مبنی کم درجہ حرارت ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی

1. GaN پر مبنی مواد کی اہمیت

GaN پر مبنی سیمی کنڈکٹر مواد آپٹو الیکٹرانک ڈیوائسز، پاور الیکٹرانک ڈیوائسز اور ریڈیو فریکوئنسی مائیکرو ویو ڈیوائسز کی تیاری میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں کیونکہ ان کی بہترین خصوصیات جیسے وسیع بینڈ گیپ کی خصوصیات، ہائی بریک ڈاؤن فیلڈ طاقت اور اعلی تھرمل چالکتا ہے۔ ان آلات کو صنعتوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے جیسے کہ سیمی کنڈکٹر لائٹنگ، سالڈ سٹیٹ الٹرا وایلیٹ لائٹ سورسز، سولر فوٹو وولٹک، لیزر ڈسپلے، لچکدار ڈسپلے اسکرینز، موبائل کمیونیکیشنز، پاور سپلائیز، نئی انرجی گاڑیاں، سمارٹ گرڈ وغیرہ، اور ٹیکنالوجی اور مارکیٹ زیادہ بالغ ہو رہے ہیں.

روایتی ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی کی حدود

GaN پر مبنی مواد کے لیے روایتی epitaxial ترقی کی ٹیکنالوجیز جیسےMOسی وی ڈیاورایم بی ایعام طور پر اعلی درجہ حرارت کے حالات کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ شیشے اور پلاسٹک جیسے بے ساختہ ذیلی ذخائر پر لاگو نہیں ہوتے ہیں کیونکہ یہ مواد زیادہ نمو کے درجہ حرارت کو برداشت نہیں کر سکتے۔ مثال کے طور پر، عام طور پر استعمال ہونے والا فلوٹ گلاس 600 ° C سے زیادہ کے حالات میں نرم ہو جائے گا۔ کم درجہ حرارت کا مطالبہepitaxy ٹیکنالوجی: کم لاگت اور لچکدار آپٹو الیکٹرونک (الیکٹرانک) آلات کی بڑھتی ہوئی مانگ کے ساتھ، epitaxial آلات کی مانگ بڑھ رہی ہے جو کم درجہ حرارت پر رد عمل کے پیشرو کو توڑنے کے لیے بیرونی برقی فیلڈ توانائی کا استعمال کرتے ہیں۔ یہ ٹیکنالوجی کم درجہ حرارت پر، بے ساختہ ذیلی ذخائر کی خصوصیات کو اپناتے ہوئے، اور کم لاگت اور لچکدار (آپٹو الیکٹرانک) آلات کی تیاری کا امکان فراہم کرتی ہے۔

2. GaN پر مبنی مواد کا کرسٹل ڈھانچہ

کرسٹل ساخت کی قسم

GaN پر مبنی مواد میں بنیادی طور پر GaN، InN، AlN اور ان کے ٹرنری اور کوٹرنری ٹھوس محلول شامل ہیں، جن میں wurtzite، sphalerite اور راک سالٹ کے تین کرسٹل ڈھانچے ہیں، جن میں wurtzite ڈھانچہ سب سے زیادہ مستحکم ہے۔ sphalerite ڈھانچہ ایک میٹاسٹیبل مرحلہ ہے، جو اعلی درجہ حرارت پر wurtzite ڈھانچے میں تبدیل ہوسکتا ہے، اور کم درجہ حرارت پر اسٹیکنگ فالٹس کی صورت میں wurtzite ڈھانچے میں موجود ہوسکتا ہے۔ پتھری نمک کا ڈھانچہ GaN کا ہائی پریشر مرحلہ ہے اور یہ صرف انتہائی زیادہ دباؤ والی حالتوں میں ظاہر ہو سکتا ہے۔

کرسٹل طیاروں اور کرسٹل کے معیار کی خصوصیت

عام کرسٹل طیاروں میں پولر سی پلین، سیمی پولر ایس پلین، آر پلین، این پلین اور نان پولر اے پلین اور ایم پلین شامل ہیں۔ عام طور پر، نیلم اور سی سبسٹریٹس پر ایپیٹیکسی کے ذریعہ حاصل کی جانے والی GaN پر مبنی پتلی فلمیں سی-پلین کرسٹل واقفیت ہیں۔

3. Epitaxy ٹیکنالوجی کی ضروریات اور نفاذ کے حل

تکنیکی تبدیلی کی ضرورت

انفارمیٹائزیشن اور انٹیلی جنس کی ترقی کے ساتھ، آپٹو الیکٹرانک آلات اور الیکٹرانک آلات کی مانگ کم لاگت اور لچکدار ہوتی ہے۔ ان ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ GaN پر مبنی مواد کی موجودہ ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی کو تبدیل کیا جائے، خاص طور پر ایسی ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی تیار کی جائے جو کم درجہ حرارت پر بے ساختہ سبسٹریٹس کی خصوصیات کے مطابق ہو سکے۔

کم درجہ حرارت ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی کی ترقی

کے اصولوں پر مبنی کم درجہ حرارت ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجیجسمانی بخارات کا ذخیرہ (پی وی ڈی)اورکیمیائی بخارات کا ذخیرہ (سی وی ڈی)بشمول ری ایکٹو میگنیٹران سپٹرنگ، پلازما اسسٹڈ MBE (PA-MBE)، پلسڈ لیزر ڈپوزیشن (PLD)، پلسڈ سپٹرنگ ڈپوزیشن (PSD)، لیزر اسسٹڈ MBE (LMBE)، ریموٹ پلازما CVD (RPCVD)، ہجرت بڑھا ہوا CVD (آفٹرگلو) MEA-CVD، ریموٹ پلازما بڑھا ہوا MOCVD (RPEMOCVD)، ایکٹیویٹی بڑھا ہوا MOCVD (REMOCVD)، الیکٹران سائکلوٹرون ریزوننس پلازما بڑھا ہوا MOCVD (ECR-PEMOCVD) اور inductively کپلڈ پلازما MOCVD (ICP-MOCVD)، وغیرہ۔

4. پی وی ڈی اصول پر مبنی کم درجہ حرارت ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی

ٹیکنالوجی کی اقسام

ری ایکٹیو میگنیٹران سپٹرنگ، پلازما اسسٹڈ MBE (PA-MBE)، پلسڈ لیزر ڈپوزیشن (PLD)، پلسڈ سپٹرنگ ڈپوزیشن (PSD) اور لیزر اسسٹڈ MBE (LMBE) سمیت۔

تکنیکی خصوصیات

یہ ٹیکنالوجیز کم درجہ حرارت پر رد عمل کے منبع کو آئنائز کرنے کے لیے بیرونی فیلڈ کپلنگ کا استعمال کرتے ہوئے توانائی فراہم کرتی ہیں، اس طرح اس کے کریکنگ درجہ حرارت کو کم کرتی ہے اور GaN پر مبنی مواد کی کم درجہ حرارت کے اپیٹیکسیل نمو کو حاصل کرتی ہے۔ مثال کے طور پر، ری ایکٹیو میگنیٹران سپٹرنگ ٹکنالوجی سپٹرنگ کے عمل کے دوران ایک مقناطیسی فیلڈ متعارف کراتی ہے تاکہ الیکٹران کی حرکی توانائی کو بڑھایا جا سکے اور ٹارگٹ سپٹرنگ کو بڑھانے کے لیے N2 اور Ar کے ساتھ ٹکراؤ کے امکان کو بڑھایا جا سکے۔ ایک ہی وقت میں، یہ ہائی ڈینسٹی پلازما کو ہدف کے اوپر بھی محدود کر سکتا ہے اور سبسٹریٹ پر آئنوں کی بمباری کو کم کر سکتا ہے۔

چیلنجز

اگرچہ ان ٹکنالوجیوں کی ترقی نے کم لاگت اور لچکدار آپٹو الیکٹرانک آلات کی تیاری کو ممکن بنا دیا ہے، لیکن انہیں ترقی کے معیار، آلات کی پیچیدگی اور لاگت کے لحاظ سے بھی چیلنجز کا سامنا ہے۔ مثال کے طور پر، PVD ٹیکنالوجی کے لیے عام طور پر ایک اعلی ویکیوم ڈگری کی ضرورت ہوتی ہے، جو مؤثر طریقے سے قبل از رد عمل کو دبا سکتی ہے اور کچھ اندرونی نگرانی کے آلات متعارف کروا سکتی ہے جو کہ ہائی ویکیوم کے تحت کام کریں (جیسے RHEED، Langmuir probe، وغیرہ)، لیکن اس سے مشکل بڑھ جاتی ہے۔ بڑے رقبے میں یکساں جمع، اور ہائی ویکیوم کے آپریشن اور دیکھ بھال کی لاگت زیادہ ہے۔

5. CVD اصول پر مبنی کم درجہ حرارت ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی

ٹیکنالوجی کی اقسام

بشمول ریموٹ پلازما CVD (RPCVD)، مائیگریشن اینہانسڈ آفٹرگلو CVD (MEA-CVD)، ریموٹ پلازما اینہانسڈ MOCVD (RPEMOCVD)، ایکٹیویٹی انہینسڈ MOCVD (REMOCVD)، الیکٹران سائکلوٹرون ریزوننس پلازما بڑھا ہوا MOCPECVD (ایم او سی وی ڈی) جوڑے میں ICP-MOCVD)۔

تکنیکی فوائد

یہ ٹیکنالوجیز مختلف پلازما ذرائع اور رد عمل کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے کم درجہ حرارت پر III-nitride سیمی کنڈکٹر مواد جیسے GaN اور InN کی نمو حاصل کرتی ہیں، جو کہ بڑے رقبے میں یکساں جمع اور لاگت میں کمی کے لیے سازگار ہے۔ مثال کے طور پر، ریموٹ پلازما CVD (RPCVD) ٹیکنالوجی پلازما جنریٹر کے طور پر ECR ذریعہ استعمال کرتی ہے، جو ایک کم دباؤ والا پلازما جنریٹر ہے جو ہائی ڈینسٹی پلازما پیدا کر سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، پلازما luminescence اسپیکٹروسکوپی (OES) ٹیکنالوجی کے ذریعے، N2+ کے ساتھ منسلک 391 nm سپیکٹرم سبسٹریٹ کے اوپر تقریباً ناقابل شناخت ہے، اس طرح اعلی توانائی والے آئنوں کے ذریعے نمونے کی سطح پر بمباری کو کم کر دیتا ہے۔

کرسٹل کے معیار کو بہتر بنائیں

اعلی توانائی سے چارج شدہ ذرات کو مؤثر طریقے سے فلٹر کرنے سے ایپیٹیکسیل پرت کا کرسٹل معیار بہتر ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، MEA-CVD ٹیکنالوجی RPCVD کے ECR پلازما ماخذ کو تبدیل کرنے کے لیے HCP ذریعہ کا استعمال کرتی ہے، جس سے یہ ہائی ڈینسٹی پلازما پیدا کرنے کے لیے زیادہ موزوں ہے۔ HCP ماخذ کا فائدہ یہ ہے کہ کوارٹج ڈائی الیکٹرک ونڈو کی وجہ سے کوئی آکسیجن آلودگی نہیں ہوتی ہے، اور اس میں پلازما کی کثافت Capacitive Coupling (CCP) پلازما سورس سے زیادہ ہوتی ہے۔

6. خلاصہ اور آؤٹ لک

کم درجہ حرارت ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی کی موجودہ حیثیت

ادبی تحقیق اور تجزیے کے ذریعے، کم درجہ حرارت کی ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی کی موجودہ صورتحال کا خاکہ پیش کیا گیا ہے، جس میں تکنیکی خصوصیات، آلات کی ساخت، کام کے حالات اور تجرباتی نتائج شامل ہیں۔ یہ ٹیکنالوجیز بیرونی فیلڈ کپلنگ کے ذریعے توانائی فراہم کرتی ہیں، نمو کے درجہ حرارت کو مؤثر طریقے سے کم کرتی ہیں، بے ساختہ سبسٹریٹس کی خصوصیات کو اپناتی ہیں، اور کم لاگت اور لچکدار (اوپٹو) الیکٹرانک آلات کی تیاری کا امکان فراہم کرتی ہیں۔

مستقبل کی تحقیق کی سمت

کم درجہ حرارت ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی میں وسیع اطلاق کے امکانات ہیں، لیکن یہ ابھی بھی تحقیقی مرحلے میں ہے۔ انجینئرنگ ایپلی کیشنز میں مسائل کو حل کرنے کے لیے آلات اور عمل دونوں پہلوؤں سے گہرائی سے تحقیق کی ضرورت ہے۔ مثال کے طور پر، یہ مزید مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے کہ پلازما میں آئن فلٹرنگ کے مسئلے پر غور کرتے ہوئے زیادہ کثافت کا پلازما کیسے حاصل کیا جائے۔ کم درجہ حرارت پر گہا میں پیشگی ردعمل کو مؤثر طریقے سے دبانے کے لیے گیس ہوموجنائزیشن ڈیوائس کی ساخت کو کیسے ڈیزائن کیا جائے؛ کم درجہ حرارت والے ایپیٹیکسیل آلات کے ہیٹر کو کس طرح ڈیزائن کیا جائے تاکہ اسپارکنگ یا برقی مقناطیسی شعبوں سے بچایا جائے جو پلازما کو مخصوص گہا کے دباؤ پر متاثر کرتے ہیں۔

متوقع شراکت

امید کی جاتی ہے کہ یہ فیلڈ ایک ممکنہ ترقی کی سمت بن جائے گی اور آپٹو الیکٹرانک آلات کی اگلی نسل کی ترقی میں اہم کردار ادا کرے گی۔ محققین کی گہری توجہ اور بھرپور فروغ کے ساتھ، یہ شعبہ مستقبل میں ترقی کی ایک ممکنہ سمت میں ترقی کرے گا اور (آپٹو الیکٹرانک) آلات کی اگلی نسل کی ترقی میں اہم کردار ادا کرے گا۔