L'epitassia remota ha guadagnato attenzione nel campo della produzione di semiconduttori per la crescita di film sottili che copiano la struttura cristallina del modello, che può successivamente essere esfoliato per formare membrane indipendenti. Tuttavia, condizioni di epitassia severe possono spesso causare danni ai materiali del modello, come nel caso dell'epitassia remota di film sottili di GaN, materiali promettenti per diodi emettitori di luce, fotorilevatori e dispositivi elettronici di potenza, su modelli di grafene/AlN.
L'eteroepitassia remota GaN non è stata ottenuta con una tecnica standard di deposizione chimica in fase vapore metallo-organica (MOCVD) a causa delle alte temperature coinvolte nel processo. È stato segnalato che il grafene posizionato su un substrato in un ambiente estremo come l'alta temperatura o l'uso di un gas attivo nel MOCVD viene danneggiato a causa dell'instabilità chimica, che causa la mancata esfoliazione delle pellicole di GaN cresciute.
In questo contesto, un team di ricercatori guidato da Dong-Seon Lee, capo del Dipartimento di ingegneria dei semiconduttori e professore presso la Scuola di ingegneria elettrica e informatica presso l'Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju, ha recentemente utilizzato l'epitassia remota per far crescere il GaN film sottili su modelli di grafene/AlN mediante MOCVD e hanno studiato l'effetto delle cavità superficiali in AlN sulla crescita e l'esfoliazione di questi film sottili.
Il loro articolo è stato pubblicato su ACS Nano .
I ricercatori hanno prima eseguito un test di ricottura a 950 °C per 5 minuti per verificare la stabilità termica del grafene su AlN. Sulla base dei risultati ottenuti, hanno sviluppato un processo in due fasi per far crescere film sottili di GaN sul modello di MOCVD. La prima crescita del GaN è avvenuta a 750 °C per 10 minuti, dopodiché la seconda crescita è stata eseguita a 1050 °C per 60 minuti.
L'esfoliazione dei film sottili di GaN così coltivati è stata utilizzata come prova del successo del processo di epitassia remota. Mentre le pellicole cresciute a 750 °C potevano essere esfoliate con successo, la separazione falliva dopo la seconda fase di crescita.
Dopo un'analisi più approfondita, il team ha scoperto che i pozzetti di dimensioni nanometriche sulla superficie dell'AlN portavano alla degradazione del grafene vicino ad essi a temperature più elevate, alterando le modalità di crescita dei film sottili di GaN. Di conseguenza, il GaN si legava direttamente al substrato AlN, provocando la mancata esfoliazione del film.
"Attraverso questo studio, abbiamo rivelato per la prima volta che i problemi strutturali nel substrato possono anche causare il fallimento del distacco. Questi risultati esemplificano l'importanza delle proprietà chimiche e topografiche dei modelli per il successo dell'epitassia remota", afferma il prof. Lee.
Questo studio fornisce i dati sperimentali primari che supportano l’implementazione stabile dello sviluppo dell’epitassia remota. Alla domanda sulle implicazioni del presente lavoro, il Prof. Lee afferma:"Nel prossimo futuro, si prevede che l'implementazione dell'epitassia remota GaN fornirà semiconduttori GaN di alta qualità necessari per l'industria dei veicoli elettrici. Poiché il riciclaggio del substrato è possibile, è previsto per cambiare il quadro generale dell'attuale industria dei semiconduttori, inoltre, sarà possibile superare la legge di Moore."
Ulteriori informazioni: Hoe-Min Kwak et al, Stabilità del grafene e influenza delle cavità superficiali dell'AlN sull'eteroepitassia remota del GaN per l'esfoliazione, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02565
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito da GIST (Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju)
