2月21日，光州科學(xué)技術(shù)院（GIST，校長Kichul Lim）宣布，學(xué)校電氣工程與計算機科學(xué)學(xué)院的Dong-Seon Lee教授的研究團隊已經(jīng)開發(fā)出了僅采用金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）的氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體遠程同質(zhì)外延技術(shù)。
外延技術(shù)，即在半導(dǎo)體制造中將半導(dǎo)體材料生長成對齊良好的薄膜，對于半導(dǎo)體制造至關(guān)重要。使用外延技術(shù)進行的GaN遠程同質(zhì)外延在GaN晶片上形成了二維材料?？梢栽诰仙L出與晶片質(zhì)量相同的GaN半導(dǎo)體，并容易地移除，從而實現(xiàn)使用單個GaN晶片連續(xù)生產(chǎn)GaN半導(dǎo)體。
得益于其高速開關(guān)、低損耗和高效率的特性，GaN半導(dǎo)體作為下一代電動汽車的功率半導(dǎo)體材料備受關(guān)注，并預(yù)計其將在工業(yè)中得廣泛到應(yīng)用。
但由于技術(shù)限制，傳統(tǒng)的外延需要大約1000倍于1毫米厚的晶片才能實現(xiàn)約1微米厚度的實際半導(dǎo)體材料效果。
因此，在2017年，麻省理工學(xué)院的Jihwan Kim教授的研究團隊提出了一種“遠程外延”技術(shù)，該技術(shù)通過使用分子束外延方法克服了現(xiàn)有困難，引起了廣泛關(guān)注。
Jihwan Kim教授團隊提出的“遠程外延”技術(shù)是一種獨特的方法，它在晶片上形成類似石墨烯的非常薄的二維材料，并在其上生長半導(dǎo)體材料。
該技術(shù)不僅可以獲得以薄膜形式“復(fù)制”晶片特性的高質(zhì)量半導(dǎo)體材料，而且可以將其從晶片上“剝離”，理論上使其可以無限重用。
這項技術(shù)利用了晶片表面電學(xué)性質(zhì)穿透石墨烯膜的原理。由于半導(dǎo)體材料不是直接與晶片通過二維材料粘合，因此只有半導(dǎo)體材料可以剝離。
特別是，廣泛應(yīng)用于LED顯示器和電動汽車充電設(shè)備的GaN半導(dǎo)體，需要GaN晶片以實現(xiàn)最高效率，但由于其價格約為藍寶石晶片的100倍，因此一直使用結(jié)晶質(zhì)量只有1/1000水平的藍寶石晶片。因此，能夠重用昂貴GaN晶片的遠程外延技術(shù)受到了極大的關(guān)注。
到目前為止，已知GaN遠程外延技術(shù)只能通過同時使用分子束外延和金屬有機化學(xué)氣相沉積方法來實現(xiàn)。這是因為當(dāng)僅將“金屬有機化學(xué)氣相沉積方法”應(yīng)用于遠程同質(zhì)外延技術(shù)時，GaN晶片表面在高溫生長條件下分解，二維材料插入層受損。
針對這個問題，Dong-Seon Lee教授的團隊僅采用了在工業(yè)中廣泛使用的“金屬有機化學(xué)氣相沉積”方法。通過在GaN晶片上生長一個低溫GaN緩沖層，在其上形成二維材料，首次實現(xiàn)了可以完全覆蓋和保護二維材料的GaN遠程同質(zhì)外延技術(shù)，從而生長并剝離GaN半導(dǎo)體。
Dong-Seon Lee教授說：“這項研究實現(xiàn)了之前被認為是不可能的‘GaN遠程同質(zhì)外延’技術(shù)。雖然它仍處于早期階段，但我們希望依托這項技術(shù)，引領(lǐng)未來基于此技術(shù)的微LED和下一代GaN功率半導(dǎo)體市場，并將其應(yīng)用于未來顯示器上?！?/p>
這項由Dong-Seon Lee教授領(lǐng)導(dǎo)，由博士生Hoe-Min Kwak進行的研究，得到了韓國能源技術(shù)研究院的Sang Ho Oh教授研究團隊的支持，以及韓國國家研究基金會在科學(xué)和信息通信技術(shù)部下的納米材料技術(shù)開發(fā)項目和個人研究項目（中級研究）的支持，于2023年12月12日在線發(fā)表在材料科學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域著名的國際期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
集邦化合物半導(dǎo)體Rick編譯
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