🇨🇳 Китайские исследователи предложили метод переноса тонкопленочных GaN HEMT с кремниевой подложки без механического шлифования
Команда ShanghaiTech University, SINANO и University of Science and Technology of China разработала подход на основе электрохимического травления. Метод позволяет отделять AlGaN/GaN HEMT-структуру от кремния и переносить ее на временную подложку с сохранением структурной целостности и электрических свойств гетероструктуры.
📱Такие процессы важны для гибкой и конформной электроники на основе GaN: беспроводных систем связи нового поколения, носимых сенсоров, изогнутых дисплеев и RF-устройств, которые должны работать на неплоских поверхностях. GaN HEMT интересны для этих применений из-за высокой подвижности электронов, высокой частоты переключения и устойчивости к большим напряжениям.
🔬 В эксперименте эпитаксиальная AlGaN/GaN-структура была выращена на p-Si-подложке методом MOCVD. Барьерный слой AlGaN содержал 25% алюминия. После формирования HEMT-устройств поверхность защищали слоем фоторезиста толщиной 6 мкм, затем проводили электрохимическое травление в растворе азотной кислоты. Образец выступал анодом, катодом служила платина, а рабочее напряжение составляло около 8 В.
⚡️Выбор напряжения оказался критичным для качества отделения. При меньшем напряжении процесс занимает слишком много времени и может повреждать фоторезист и контактные металлы. При слишком высоком напряжении усиливаются электрохимические реакции, появляются пузырьки газа и механические напряжения, которые могут вызвать растрескивание тонкой HEMT-пленки.
⏳ На образцах размером 1×1 см отделение кремниевой подложки занимало около 25 минут. Травление идет преимущественно в области у границы AlN/Si, где формируется проводящий слой. Это позволяет отслаивать структуру без механического удаления кремния.
💿 После отделения поверхности оставались достаточно гладкими: среднеквадратичная шероховатость составила 1,9 нм для тонкой пленки и 1,1 нм для кремниевой подложки. Гладкая поверхность кремния важна отдельно: она может открыть возможность повторного использования подложки, что недоступно при обычном шлифовании или агрессивном мокром травлении.
📉 Перенос все же ухудшил электрические параметры устройств. Максимальный насыщенный ток стока снизился на 20,1%, максимальная крутизна характеристики — на 32,5%. Исследователи связывают это главным образом с саморазогревом после переноса на временную сапфировую подложку: теплопроводность сапфира ниже, чем у исходной кремниевой подложки, а клеевой слой дополнительно увеличивает тепловое сопротивление.
Для практического применения тепловую проблему можно снижать за счет более тонких гибких подложек, полимеров с теплопроводными наполнителями, например BN или Al₂O₃, и теплопроводных промежуточных клеевых слоев.
📍Главный результат работы — демонстрация низкоповреждающего способа отделения GaN HEMT от кремния. Если метод удастся масштабировать до уровня пластины, он может стать технологической основой для гибких GaN RF-устройств и одновременно снизить потери за счет повторного использования кремниевых подложек.
#ЭлМаш #технологии
Команда ShanghaiTech University, SINANO и University of Science and Technology of China разработала подход на основе электрохимического травления. Метод позволяет отделять AlGaN/GaN HEMT-структуру от кремния и переносить ее на временную подложку с сохранением структурной целостности и электрических свойств гетероструктуры.
📱Такие процессы важны для гибкой и конформной электроники на основе GaN: беспроводных систем связи нового поколения, носимых сенсоров, изогнутых дисплеев и RF-устройств, которые должны работать на неплоских поверхностях. GaN HEMT интересны для этих применений из-за высокой подвижности электронов, высокой частоты переключения и устойчивости к большим напряжениям.
🔬 В эксперименте эпитаксиальная AlGaN/GaN-структура была выращена на p-Si-подложке методом MOCVD. Барьерный слой AlGaN содержал 25% алюминия. После формирования HEMT-устройств поверхность защищали слоем фоторезиста толщиной 6 мкм, затем проводили электрохимическое травление в растворе азотной кислоты. Образец выступал анодом, катодом служила платина, а рабочее напряжение составляло около 8 В.
⚡️Выбор напряжения оказался критичным для качества отделения. При меньшем напряжении процесс занимает слишком много времени и может повреждать фоторезист и контактные металлы. При слишком высоком напряжении усиливаются электрохимические реакции, появляются пузырьки газа и механические напряжения, которые могут вызвать растрескивание тонкой HEMT-пленки.
⏳ На образцах размером 1×1 см отделение кремниевой подложки занимало около 25 минут. Травление идет преимущественно в области у границы AlN/Si, где формируется проводящий слой. Это позволяет отслаивать структуру без механического удаления кремния.
💿 После отделения поверхности оставались достаточно гладкими: среднеквадратичная шероховатость составила 1,9 нм для тонкой пленки и 1,1 нм для кремниевой подложки. Гладкая поверхность кремния важна отдельно: она может открыть возможность повторного использования подложки, что недоступно при обычном шлифовании или агрессивном мокром травлении.
📉 Перенос все же ухудшил электрические параметры устройств. Максимальный насыщенный ток стока снизился на 20,1%, максимальная крутизна характеристики — на 32,5%. Исследователи связывают это главным образом с саморазогревом после переноса на временную сапфировую подложку: теплопроводность сапфира ниже, чем у исходной кремниевой подложки, а клеевой слой дополнительно увеличивает тепловое сопротивление.
Для практического применения тепловую проблему можно снижать за счет более тонких гибких подложек, полимеров с теплопроводными наполнителями, например BN или Al₂O₃, и теплопроводных промежуточных клеевых слоев.
📍Главный результат работы — демонстрация низкоповреждающего способа отделения GaN HEMT от кремния. Если метод удастся масштабировать до уровня пластины, он может стать технологической основой для гибких GaN RF-устройств и одновременно снизить потери за счет повторного использования кремниевых подложек.
#ЭлМаш #технологии