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Was ist der GaN? (3)

Sep 12, 2020

Materialanwendung (GaN)

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Neues elektronisches Gerät

GaN-Materialserien mit geringer Wärmeerzeugungsrate und hohem Ausfall-Elektrofeld sind ein wichtiges Material für die Entwicklung von Hochtemperatur- und Hochleistungselektronikgeräten und Hochfrequenz-Mikrowellengeräten.

Mit dem Fortschritt der MBE-Technologie bei der Anwendung von GaN-Materialien und dem Durchbruch der wichtigsten Dünnschichtwachstumstechnologie wurden derzeit eine Vielzahl heterogener GaN-Strukturen erfolgreich entwickelt.

Neue Geräte wie Metallfeldeffekttransistor (MESFET), heterogener Junction Field Effect Transistor (HFET) und modulierter dotierter Feldeffekttransistor (MODFET) wurden von GaN hergestellt.

Modulierte dotierte AlGaN/GaN-Struktur hat eine hohe Elektronenmobilität (2000cm2/ V), eine hohe Sättigungsgeschwindigkeit (1×107cm/s) und eine niedrige Dielektrizitätskonstante, die das bevorzugte Material für Mikrowellengeräte ist.

GaNs breite Bandspaltbreite (3,4EV), Saphir und andere Materialien als Substrat, eine gute Wärmeableitungsleistung, ist förderlich für das Gerät, unter Hochleistungsbedingungen zu arbeiten.


Photoelektrisches Gerät

GaN Materialserie ist ein ideales kurzwelliges Licht emittierendes Gerätematerial. Die Bandlücke von GaN und seiner Legierung deckt das Spektrum von rot bis ULTRAVIOLET ab.

Seit die Japaner 1991 die homogene Kreuzung GaN blue LED entwickelten, kamen InGaN/AlGaN Double Heterojunction super hellblaue LED und InGaN Single Quantum well GaNLED nacheinander heraus.

Derzeit sind Zcd und 6CD Single Quantum Well GaN blau und grün LED in die Massenproduktion eingetreten und füllen damit seit vielen Jahren die Lücke der blauen LED auf dem Markt.

Die Durchlichtwirkung der LED-Entwicklung ist in Abbildung 3 dargestellt.

Blaulicht emittierende Geräte haben einen riesigen Anwendungsmarkt für Informationszugriff, rein optische Anzeige, Laserdrucker und andere Bereiche mit hoher Dichte optischer Festplatte.

Wie für III. Nitrid-Materialien und Geräte-Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, GaInN super hochblaues Licht, grünes Licht LED-Technologie ist kommerziell verfügbar, jetzt haben die großen Unternehmen der Welt und Forschungseinrichtungen eine riesige Summe Geld investiert, um die Entwicklung von Blaulicht-LED zu verbinden.

Im Jahr 1993 entwickelte Nichia erstmals eine hohe Leuchtdichte GaInN/AlGaN Heterojunction Blaue LED mit Leuchtdichtehelligkeit von mehr ALS LCD, wobei GaInN mit Zn als aktiver Schicht dotiert war, mit einer externen Quanteneffizienz von 2,7% und einer Spitzenwellenlänge von 450nm, und realisierte die Kommerzialisierung des Produkts.

Im Jahr 1995 startete das Unternehmen auch die optische Ausgangsleistung von 2,0 MW, Helligkeit von 6CD kommerzielle GaN grüne LED, seine Spitzenwellenlänge ist 525nm, halbe Spitzenbreite ist 40nm.

In jüngerer Zeit hat das Unternehmen mit seiner blauen LED- und Phosphoreszenztechnologie weißes Licht mit einer Farbtemperatur von 6500K und einem Wirkungsgrad von 7,5 Lumen/W eingeführt.

Neben Nichia haben HP, Cree und andere Unternehmen ihre eigenen High-Brightness-Blaulicht-LED-Produkte auf den Markt gebracht.

Es wird erwartet, dass der Markt für led mit hoher Helligkeit von 386 Millionen US-Dollar im Jahr 1998 auf 1 Milliarde US-Dollar im Jahr 2003 ansteigen wird.

Anwendungen von hohen Helligkeit sleds gehören Automobilbeleuchtung, Ampeln und Outdoor-Straßenschilder, flache Gold-Display, high-Density-DVD-Speicher, blau-grünes Licht zu latenter Kommunikation, etc.

Nach erfolgreicher Entwicklung III. Clan-Nitride sind blaue Leds, der Fokus der Forschung ist auf III. nitrides blaue LED-Geräte Entwicklung.

Blaulicht-LED hat eine breite Anwendungsperspektive im Bereich der optischen Steuerungsmessung und der hohen Dichte der optischen Speicherung von Informationen.

Derzeit ist Nichia ein weltweit führender Anbieter von GaN Blue Leds, dessen dauere Betriebsdauer von 2mW bei Raumtemperatur 10.000 Stunden übersteigt.

HP hat erfolgreich GaInN/AlGaN Multi-Quantum-well Blue LED mit geriffeltem Waveguide-Refraktivindex auf Basis von Saphir entwickelt.

CreeResearch ist das erste Unternehmen, das einen CWRT-Blaulichtlaser auf SiC mit einer Transversal-Gerätekonfiguration meldet.

Fujitsu nach nichia, CreeResearch und Unternehmen wie SONY, angekündigt, dass inGaN Blaulichtlaser entwickeln, kann der Laser in der CW bei Raumtemperatur angewendet werden, seine Struktur ist im Wachstum des SiC Substrats, und die vertikale Leitungsstruktur (p-Typ und n-Typ-Kontakt bzw. um die Obere Oberfläche des Chips und zurück zu machen), ist dies der erste Bericht der vertikalen Gerätestruktur der CW blauen Laser.

In Bezug auf Detektoren wurde gaN ultravioletter Detektor mit einer Wellenlänge von 369nm entwickelt, und seine Ansprechgeschwindigkeit ähnelt der des Si-Detektors.

Aber die Forschung in diesem Bereich steckt noch in den Kinderschuhen.

GaN-Detektor wird wichtige Anwendungen in der Flammenerkennung, Raketenwarnung und so weiter haben.


Die Bewerbungsperspektive von GaN Still

Für GaN-Materialien ist die heteroepitaxiale Defektdichte recht hoch, aber der Gerätestand praktisch.

1994 wurden 1200mcD LED vom japanischen Subchemischen Institut und 1995 Zcd Blaulicht (450nmLED) und grünes Licht 12CD (520nmLED) hergestellt.

1998 machte Japan einen Siebenjahresplan für die Entwicklung von LED mit Breitbandnitridmaterial. Sein Ziel ist es, hochenergetische ULTRAVIOLET LED zu entwickeln, die weißes Licht aussenden kann und bis 2005 in der Leuchtstoffröhre versiegelt ist. Der Stromverbrauch dieser Art von weißer LED ist nur 1/8 des von Glühlampen und 1/2 des von Leuchtstofflampen, und seine Lebensdauer ist 50 mal 100 Mal der der traditionellen Leuchtstofflampe.

Dies beweist, dass die Entwicklung von GaN-Material recht erfolgreich war und in die Praxis phase eingetreten ist.

Die Generation der InGaN-Legierungen, InGaN/AlGaN Doppelanschluss-LED, InGaN-Single-Quanten-Gut-LED, InGaN-Mehrfach-Quantenbrunnen-LED wurden erfolgreich entwickelt.

InGaNSQWLED6cd hohe Helligkeit reine grüne Tee Farbe und 2CD hohe Helligkeit blaue LED wurden produziert. In Zukunft kann es mit AlGaP und AlGaAs rote LED kombiniert werden, um helle Helligkeit Vollfarbanzeige zu bilden.

Auf diese Weise erschließen die weißen Lichtquellen von drei Primärfarben neue Anwendungsfelder, und die Ära, die sich durch hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer der LED auszeichnet, wird kommen.

Leuchtstofflampen und Glühbirnen werden durch LEDs ersetzt.

LED wird das führende Produkt werden, GaN-Transistoren werden sich auch mit der Entwicklung von Materialwachstum und Gerätetechnologie schnell entwickeln, zu einer neuen Generation von Hochtemperatur-Frequenz-Hochleistungsgeräten werden.


Mängel und Probleme (Benachteiligungen)

Einerseits hat der Träger theoretisch aufgrund der Beziehung zwischen seiner Energiebandstruktur eine große effektive Masse und schlechte Transporteigenschaften, so die geringe elektrische Feldmobilität und die geringe Hochfrequenzleistung.

Auf der anderen Seite ist der einzelne GaN-Kristall, der durch Heteroepitaxie (Saphir und SiC als Substrat) angebaut wird, immer noch nicht zufriedenstellend (was ein Hindernis für die Entwicklung von GaN-Geräten darstellt). Zum Beispiel erreicht die Dislokationsdichte 108 x 1010/cm2 (obwohl Saphir und SiC eine ähnliche Kristallstruktur wie GaN aufweisen, gibt es immer noch relativ große Gitter-Inruierungs- und thermische Diskrepanz).

Die Umgebungstemperatur-Träger (Elektronen)-Konzentration von ungeopiertem GaN ist so hoch wie 1017cm-3 (möglicherweise im Zusammenhang mit N Leerstand, Substitution Si, Substitution O, etc.) und stellt N-Typ-Leitfähigkeit dar.

Obwohl es leicht ist, N-Typ-Doping zu realisieren (Doping Si kann Elektronenkonzentration von 1015 x 1020/cm3, Raumtemperatur Mobilität & GT erhalten;

300 cm2/ V.s n Typ GaN, aber der P-Typ Dopingpegel ist zu niedrig (hauptsächlich Mg), die erhaltene Lochkonzentration ist nur 1017 x 1018/cm3, Mobilität & LT;

Bei 10cm2/V.s beträgt die Dotierungseffizienz nur 0,1% bis 1% (möglicherweise aufgrund der hohen Kompensation von H und der hohen Selbstionisationsenergie von Mg).


Vorteile

Große Bandbreite (3,4EV), hohe Wärmeleitfähigkeit (1,3W/cm-K), hohe Betriebstemperatur, hohe Abbauspannung, starke Strahlungsbeständigkeit;

(2) der Boden des Leitungsbandes in Γ Punkten, und vom Rest des Leitungsbandes kann Tal zwischen Energiedifferenz ist groß, ist nicht einfach zu produzieren Streuung über das Tal, die hohe starke Felddriftgeschwindigkeit (Elektronendriftgeschwindigkeit weniger gesättigt) zu produzieren kann;

GaN kann mit AlN, InN usw. leicht Mischkristall bilden und in verschiedene heterogene Strukturen umgewandelt werden. 2-DEg mit einer Beweglichkeit von 105cm2/Vs wurde bei niedriger Temperatur erhalten (aufgrund der hohen Oberflächendichte von 2-DEg wurden optische akustische Streuung, ionisierende Verunreinigungstreuung, piezoelektrische Streuung und andere Faktoren effektiv abgeschirmt).

(4) Die Gittersymmetrie ist relativ gering (es ist hexahedrale Wurtzitstruktur oder tetragonale metastabile Zinksphaleritstruktur), mit starker piezoelektrischer (nicht-zentraler Symmetrie) und ferroelektrisch (spontane Polarisation entlang der hexaeder C-Achse) :

Starke piezoelektrische Polarisation in der Nähe der Heterojunction-Schnittstelle Polarisation elektrisches Feld (bis zu 2 mv/cm) und spontane Polarisation (bis zu 3 mv/cm) Polarisation elektrisches Feld, induzierte die extrem hohe Dichte Ladung Sondenschnittstelle, starke Modulation der Heterojunction-Bandstruktur, verstärkt die zweidimensionale Raumgrenze von 2 - DEG, um die Oberflächendichte der 2 - DEG zu verbessern (in AlGaN/GaN Heterostruktur kann 1013 / cm2 erreichen, als die AlGaAs/GaAs heteroincieren in einer Größenordnung), die Arbeit ist sehr sinnvoll für das Gerät.

Kurz gesagt, im Großen und Ganzen machen die Vorteile von GaN seine Nachteile aus, insbesondere durch die Wirkung heterogener Kreuzungen, seine effektive Transportleistung ist nicht weniger als GaAs, und der Effekt der Herstellung von Mikrowellen-Leistungsgeräten (Mikrowellen-Ausgangsleistungsdichte) ist oft viel besser als alle vorhandenen Halbleitermaterialien.

GAN CHARGERs

Das Hauptproblem

Da GaN ein Breitband-Spalt-Halbleiter mit zu großer Polarität ist, ist es schwierig, einen guten metall-halbleiter-ohmschen Kontakt durch hohes Doping zu erhalten, was ein schwieriges Problem in der Herstellung von GaN-Geräten ist. Daher hängt die Leistung von GaN-Geräten oft mit dem Produktionsergebnis von ohmschen Kontakt zusammen.

Eine bessere Lösung ist nun, die Heterojunktion zu nutzen, zuerst die Spaltbreite allmählich auf eine kleinere zu reduzieren und dann hohe Dotierung zu verwenden, um ohmschen Kontakt zu erreichen, aber dieser Prozess ist komplexer.

Mit einem Wort, Ohmic Kontakt ist ein großes Problem in der GaN-Geräteherstellung gelöst werden.