Tidsupplöst lågtemperatur CVD för III-nitrider
- Diarienummer
- RMA15-0018
- Start- och slutdatum
- 160501-220630
- Beviljat belopp
- 33 070 935 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Dataöverföring via mobilnätet beräknas öka med en faktor 1000 inom de närmsta 10-20 åren. Basstationer och radiolänkar står redan idag för omkring 2% av de globala CO2-utsläppen. Att fortsätta bygga ut näten med dagens teknik är inte hållbart, utan det behövs effektivare komponenter och systemlösningar. III-nitrider (III-N) har unika egenskaper som ger dem betydande fördelar jämfört med kisel och andra III-V material i tillämpningar som kräver hög uteffekt vid höga frekvenser (t ex radar och basstationer för mobil kommunikation). Det föreslagna projektet kommer att behandla två prioriterade forskningsområden: tekniker för förångningsdeposition och kristalltillväxt från gas eller vätska. Fokus kommer att vara utveckling och förståelse av ny tillväxtteknik med kontroll på skikttjocklek och interface på sub-nanometerskala, för att förbättra prestandan hos III-N högfrekvens- och högeffektskomponenter (HEMT). Vi kommer att kombinera standard MOCVD-tillväxt för större delen av en HEMT-struktur, med tidsupplöst CVD-tillväxt vid låg temperatur av de översta tunna skikten i strukturen, i en och samma tillväxtprocess. I början av projektet kommer vi att använda kommersiellt tillgängliga Al, Ga, In och N prekursorer, men nya mer lämpliga prekursorer för lågtemperatur-CVD kommer att utvecklas parallellt. För att bättre förstå ytkemin som krävs för en framgångsrik lågtemperaturtillväxt, kommer kvantkemiska beräkningar att användas för att studera detaljer i ytprocesserna.
Populärvetenskaplig beskrivning
Elektroniska komponenter byggs upp av väldigt tunna skikt av ett eller flera halvledarmaterial. För att åstadkomma dessa skikt används vanligtvis en teknik som kallas CVD, vilket är en förkortning av chemical vapour deposition, ungefär kemisk ångdeponering. I denna process låter man molekyler innehållande de atomer som ska bygga upp materialet reagera med varandra, ofta vid väldigt höga temperaturer. En särskild grupp halvledarmaterial består av föreningar mellan metallerna aluminium, gallium och indium, och kväve. Dessa material brukar kallas III-nitrider, eftersom metallerna återfinns i grupp III i det periodiska systemet. För dessa material kan de höga temperaturerna i CVD-processen vara ett problem eftersom de lättare bryts ner då. I detta projekt kommer vi att utveckla lågtemperatur-CVD för III-nitrider. Detta kommer vi att göra genom att på olika sätt skapa tidsupplöst CVD. Vi kommer också att ta fram nya källmolekyler för III-ämnena Al, Ga och In och även för kväve, samt studera de kemiska processer som sker när molekylerna reagerar med hjälp av kvantkemiska beräkningar. I en variant av tidsupplöst CVD kommer vi att tidsseparera källmolekylerna för metallerna respektive kvävet. Detta gör att de olika källmolekylerna inte kommer att mötas, utan får reagera var för sig på ytan där III-N-skiktet ska bildas. Fördelen med detta är att mycket mer reaktiva molekyler kan användas, vilket gör att man kan sänka processtemperaturen. I en annan variant av tidsupplöst CVD kommer vi att använda energin i ett kväveplasma för att sänka processtemperaturen. Plasmaurladdningen kommer att vara tidsstyrd och alltså slås av och på med en bestämd frekvens. Detta leder till att III-källmolekyler kan adsorbera på ytan när plasmat är avslaget och när plasmat sedan slås på kommer väldigt reaktiva kvävemolekyler bildas som reagerar med III-atomerna på ytan och skapar III-nitriden. Nya källmolekyler både för III-ämnena och kväve kommer att syntetiseras och provas i jämförelse med dagens standardmolekyler i båda varianterna av tidsupplöst CVD. Kvantkemiska beräkningar kommer att användas för att i datorn kunna detaljstudera de kemiska reaktionerna som sker när III-N-skiktet bildas. Med hjälp av dessa lågtemperatur-CVD processer kommer skikt av InN och indiumrika legeringar av III-nitrider att kunna skapas vilket öppnar upp för ny sorts elektronik där man utnyttjar egenskaperna hos InN som gör det möjligt för elektronerna att röra sig väldigt snabbt i materialet.