Un reattore chimico KAUST che opera a temperature estremamente elevate potrebbe migliorare l'efficienza e l'economia di un processo comunemente utilizzato nell'industria dei semiconduttori, con benefici per l'industria chimica dell'Arabia Saudita.

La produzione di semiconduttori si basa sull'epitassia, un processo che crea materiali monocristallini di alta qualità depositando atomi su un wafer strato per strato, controllo dello spessore con precisione atomica. Il metodo più comune di epitassia è la deposizione di vapore chimico metalloorganico, o MOCVD. Vapori puri di molecole organiche contenenti gli atomi desiderati, ad esempio boro e azoto nel caso del nitruro di boro, vengono iniettati in una camera di reazione. Le molecole si decompongono su un wafer riscaldato per lasciare gli atomi del semiconduttore sulla superficie, che si legano tra loro e il wafer per formare uno strato di cristallo.

dottorato di ricerca lo studente Kuang-Hui Li e un team guidato da Xiaohang Li presso KAUST stanno sviluppando un reattore MOCVD in grado di funzionare in modo efficiente a temperature estremamente elevate per creare materiali e dispositivi di nitruro di boro e nitruro di alluminio di alta qualità particolarmente promettenti per l'elettronica flessibile, optoelettronica ultravioletta ed elettronica di potenza.

L'epitassia di nitruro di boro e nitruro di alluminio di alta qualità è stata una grande sfida per il processo MOCVD convenzionale, che di solito opera sotto i 1200 gradi Celsius. L'epitassia di questi materiali risponde meglio a temperature superiori a 1600 gradi Celsius; però, i riscaldatori resistenti più comuni non sono affidabili a queste temperature.

Sebbene i riscaldatori a induzione possano raggiungere queste temperature, l'efficienza di riscaldamento del design convenzionale è bassa. Poiché l'energia sprecata può surriscaldare l'ingresso del gas, deve essere posizionato lontano dal wafer, che è problematico per nitruro di boro e nitruro di alluminio di alta qualità a causa della generazione di particelle e del basso utilizzo di molecole organiche.

Il team KAUST ha sviluppato una struttura di riscaldamento a induzione innovativa ea basso costo per risolvere questi problemi. "Il nostro design può aiutare a migliorare notevolmente l'uniformità per wafer fino a 12 pollici e a ridurre la generazione di particelle, che è fondamentale per la fabbricazione di materiali e dispositivi di alta qualità, " dice Kuang-Hui. "Ci permette anche di scoprire nuovi materiali".

I risultati mostrano un aumento significativo dell'efficienza di riscaldamento e una riduzione degli sprechi energetici. "Questa ricerca sulle apparecchiature coinvolge molte discipline ed è molto complessa. Tuttavia, la storia ha dimostrato che l'innovazione delle apparecchiature è la chiave per le scoperte scientifiche e la rivoluzione industriale, ", afferma Xiaohang Li. "Uno degli obiettivi della ricerca è creare attività di produzione di MOCVD che possano essere integrate nell'enorme industria chimica dell'Arabia Saudita".