MAGMA - sMälter till Applicerade inteGrerade MateriAl
- Diarienummer
- ICA16-0018
- Start- och slutdatum
- 170901-210831
- Beviljat belopp
- 4 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lunds tekniska högskola
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
I detta projekt kommer en kostnadseffektiv III-V nanomaterialplattform på kisel och flexibla substrat att etableras, baserat på Rapid Melt Epitaxy (RME). Plattformen kommer att anpassas för tre tillämpningsområden: (1) infraröda optoelektroniska komponenter, (2) kvantmekaniska beräkningar och (3) höghastighetskommunikation. För att nå projektets huvudmål kommer den ansökande att undersöka hur RME, en lovande teknik för halvledarepitaxi på oxidtäckta kiselsubstrat, kan utvidgas för att för första gången uppfylla följande tre delmål: 1."Formation av högkvalitativa horisontella mikro- och nanostrukturer av InSb på kisel med RME. 2."Formation av ternär InxGa1-xAs nanostrukturer med homogen komposition på kisel med RME. 3."Använda flexibla 2D material, MoS2, WSe2, som alternativa substrat för RME. Projektet fokuserar på substratprocessutvecklingen, materialsyntesen, modellering av RME-processen, samt materialkarakterisering. Den ansökande kommer även att utföra nödvändiga materialutveckling för att möjliggöra framställning av monolitiska infraröda fotodetektor-matriser i ett planerat uppföljningsprojekt. Det nuvarande projektet kommer att vara tätt kopplat till de avsedda tillämpningsområdena genom samarbeten för att utnyttja den unika materialplatformen inom kvantmekanisk beräkning och höghastighetskommunikation. Målet är att den utvecklade materialplattformen kommer att bli den grund som den ansökande kan bygga sin forskning på under det närmaste decenniet.
Populärvetenskaplig beskrivning
De så kallade III-V halvledarna har fantastiska materialegenskaper såsom att möjliggöra snabbare elektrontransport, och att de skiner och samlar ljus vid lämpliga infraröda våglängder för kommunikation och detektion av värme och växthusgaser. Ren III-V-teknik är dock mycket dyr och vissa av råmaterialen som krävs för att framställa dem är mycket sällsynta. Under många år har man därför försökt att integrera III-V material med den väletablerade kiseltekniken, för att kunna behålla fortsatt låg tillverkningskostnad men ändå kunna utnyttja III-V materialens goda egenskaper. Än så länge har kvaliteten på de integrerade III-V materialen varit antingen för dålig eller så har metoderna varit för kostsamma. En teknik som skulle kunna möjliggöra III-V integration av hög kvalitet till låg kostnad är den så kallade Rapid Melt Epitaxy-tekniken, eller Snabb-smält epitaxi på svenska. Tekniken går ut på att man deponerar och formar en struktur av lågkvalitativ III-V halvledare ovanpå en glastäckt kiselyta, så att den endast är i kontakt med kiselytan i en väldig liten punkt, motsvarande cirka en tusendel av bredden på ett hårstrå. Sedan täcker man materialet med mer glas och hettar upp det över smältpunkten, efter vilket det tillåts att stelna igen. Då kristalliseras materialet med start utifrån den punkt där det är i kontakt med kiselytan och hela strukturen kommer att bli till en enda stor kristall av hög kvalitet. I detta projekt vidareutvecklas denna teknik, från att framförallt ha använts för germanium till att även möjliggöra framställning av de två viktiga III-V halvledarna indium gallium arsenid (InGaAs) och indium antimonid (InSb). Dessa material erbjuder utmaningar som kräver fördjupad förståelse för Rapid Melt Epitaxy-processen, och experimentell forskning kommer därför att kompletteras med detaljerad numerisk modellering. Dessutom kommer man utvärdera användning av andra substratmaterial än kisel, specifikt en typ av lovande två-dimensionella material som kan möjliggöra böjbara substrat. Projektet ämnar att realisera en materialplattform som ska finna bred praktisk användning. Därför kommer projektarbetet att förbereda för tillämpning av materialen inom tre områden: sensorer för infra-rött ljus, kvantdatorer, samt höghastighetskommunikation. Materialplattformen kommer att tidigt göras tillgänglig för både nationella och utländska forskargrupper inom dessa tillämpningsområden för att bygga starka och långsiktiga samarbeten.