Gallija arsēna materiāla sagatavošanas process
Kopš 1950. gadiem ir izstrādātas dažādas gallija arsenīda vienkristālu augšanas metodes. Pašreizējie galvenie rūpniecības izaugsmes procesi ietver šķidrumu noslēgtu taisnu rasējumu (LEC), horizontālo Brijmana metodi (HB), vertikālo Brijmana metodi (VB) un vertikālo gradientu cietināšanu (VGF).
1. Liquid Sealed Czochralski (LEC)
LEC metode ir galvenais process, kā audzēt nesadalītu daļēji izolējošu gallija arsenīda kristālu (SI GaAs). Pašlaik vairāk nekā 80% no daļēji izolējošiem gallija arsenīda kristāliem tirgū tiek audzēti ar LEC metodi. LEC metode izmanto grafīta sildītāju un PBN tīģeli un izmanto B2O3 kā šķidru hermetizējošu vielu, lai veiktu gallija arsenīda kristālu augšanu argona atmosfērā 2 MPa. LEC procesa galvenā priekšrocība ir tā, ka tam ir augsta uzticamība un tas ir viegli audzējams ar garu diametru atsevišķiem kristāliem. Kristāla oglekļa saturs ir kontrolējams un daļēji izolējošas īpašības kristāliem ir labas. Galvenie trūkumi ir: ir grūti kontrolēt ķīmisko devu, termiskā lauka temperatūras gradients ir liels (100 ~ 150 K / cm), un kristāla dislokācijas blīvums ir palielinājies un nevienmērīgs. Japānas Hitachi Cable Co, SIA pirmo reizi izveidoja 6 collu LEC GaAs viena kristāla ražošanas līniju 1998. Uzņēmums uzstādīja pasaulē lielāko GaAs viena kristāla krāsni, kuras diametrs bija 400 mm, barošanas jauda 50 kg. un 6 collu vienots augums. Kristāla garums sasniedz 350 mm. 2000. gadā Freibergers ziņoja par 8 collu gallija arsenīda kristālu, ko izstrādāja pirmais LEC process pasaulē.
2. Horizontālais Bridžmanis (HB)
HB metode reiz bija galvenais process pusvadītāju (zemas pretestības) gallija arsenīda viena kristāla (SC GaAs) masveida ražošanai, izmantojot kvarca laivas un kvarca caurules, kas normālā spiedienā auga ar augstu uzticamību un stabilitāti. HB metodes priekšrocība ir tāda, ka arsēna tvaiku var izmantot, lai precīzi kontrolētu ķermeņa stehiometrisko attiecību, un temperatūras gradients ir mazs, lai sasniegtu mērķi samazināt dislokāciju. HB gallija arsenīda viena kristāla dislokācijas blīvums ir lielāks par kārtas lielumu zemāks par LEC gallija arsenīda kristāla kristālu. Galvenais trūkums ir tas, ka vīrieši aug nešķīstošus daļēji izolētus gallija arsenīda kristālus, un audzētā kristāla saskarne ir D uzvārds, kas radīs lielus materiālus atkritumus pārstrādes procesā. Tajā pašā laikā ir grūti audzēt lielu diametru kristālus, pateicoties kvarca laivu nestspējai augstās temperatūrās. Pašlaik HB procesa masveida ražošana ir galvenokārt 2 collu un 3 collu kristālu gadījumā, un ziņots maksimālais gallija arsenīda gallija arsenīds ir 4 collas. Pašlaik nav daudz uzņēmumu, kas izmanto HB procesu gallija arsēna materiālu ražošanā. Līdz ar VB un VGF procesu briedumu HB process pakāpeniski tiek aizstāts.
3. Vertikālais Bridžmanis (VB)
VB metode ir kristāla augšanas process, kas izstrādāts 1980. gadu beigās. Sintēzes gallija arsenīda polikristāli, B2O3 un sēklu kristāli tika iepildīti PBN tīģelī un noslēgti vakuuma kvarca pudelē. Krāsns korpuss tika novietots vertikāli. Vadu silda ar pretestības vadu, un kvarca pudele ir vertikāli novietota krāsns korpusa vidū. Augstā temperatūrā gallija arsenīda polikristāls tiek izkusis un tad sapludināts ar sēklu kristāliem, un tad kvarca cilindrs un tīģelis tiek pārvietots uz leju ar atbalsta stieni, izmantojot manevrēšanas mehānismu. Noteiktā temperatūras gradientā viens kristāls aug lēni no sēklu kristāla gala. VB metode var audzēt zemas pretestības gallija arsenīda vienu kristālu vai augstas izturības daļēji izolējošu gallija arsenīda kristālu. Kristāla vidējais EPD ir mazāks par 5000 / cm-2.
4. Vertikālā gradienta cietināšana (vertikālā gradienta sasaldēšana, saukta par VGF)
VGF procesa un VB procesa princips un piemērošanas joma pamatā ir līdzīgi. Lielākā atšķirība ir tāda, ka VGF metode atceļ kristāla krītošo vagonu mehānismu un rotējošo mehānismu. Dators precīzi kontrolē siltuma lauku, lai lēnām atdzist, un augšanas interfeiss virzās uz augšu no kausējuma apakšējā gala, lai pabeigtu kristāla augšanu. Šis process padara kristāla augšanas interfeisu stabilāku mehāniskās transmisijas mehānisma likvidēšanas dēļ un ir piemērots ultra zemu dislokāciju GaAs viena kristāla audzēšanai. VB un VGF procesu trūkums ir tas, ka kristāla augšanas procesā kristāla augšanu nevar novērot un novērtēt, un kristāla augšanas periods ir garš. Šobrīd starptautiskais tirdzniecības līmenis ir spējīgs ražot 6 collu VB / VGF gallija arsenīda kristālus. 2002. gadā Freibergers ziņoja par pasaulē pirmo 8 collu gallija arsenīda kristālu, ko izstrādāja VGF process.