Un réacteur chimique KAUST fonctionnant à des températures extrêmement élevées pourrait améliorer l'efficacité et l'économie d'un procédé couramment utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, avec des avantages pour l'industrie chimique de l'Arabie saoudite.

La production de semi-conducteurs repose sur l'épitaxie, un processus qui crée des matériaux monocristallins de haute qualité en déposant des atomes sur une plaquette couche par couche, contrôler l'épaisseur avec une précision atomique. La méthode d'épitaxie la plus courante est le dépôt chimique en phase vapeur métalorganique, ou MOCVD. Vapeurs pures de molécules organiques contenant les atomes souhaités, par exemple, le bore et l'azote dans le cas du nitrure de bore - sont injectés dans une chambre de réaction. Les molécules se décomposent sur une plaquette chauffée pour laisser les atomes du semi-conducteur à la surface, qui se lient à la fois l'un à l'autre et à la plaquette pour former une couche cristalline.

doctorat l'étudiant Kuang-Hui Li et une équipe dirigée par Xiaohang Li à KAUST développent un réacteur MOCVD qui peut fonctionner efficacement à des températures extrêmement élevées pour créer des matériaux et des dispositifs de nitrure de bore et d'aluminium de haute qualité particulièrement prometteurs pour l'électronique flexible, l'optoélectronique ultraviolette et l'électronique de puissance.

L'épitaxie de nitrure de bore et de nitrure d'aluminium de haute qualité a été un énorme défi pour le processus MOCVD conventionnel, qui fonctionne généralement en dessous de 1200 degrés Celsius. L'épitaxie de ces matériaux répond le mieux à des températures supérieures à 1600 degrés Celsius; cependant, les résistances chauffantes les plus courantes ne sont pas fiables à ces températures.

Bien que les appareils de chauffage à induction puissent atteindre ces températures, l'efficacité de chauffage de la conception conventionnelle est faible. Parce que l'énergie gaspillée peut surchauffer l'entrée de gaz, il doit être placé loin de la plaquette, ce qui est problématique pour le nitrure de bore et le nitrure d'aluminium de haute qualité en raison de la génération de particules et de la faible utilisation de molécules organiques.

L'équipe KAUST a développé une structure de chauffage par induction innovante et peu coûteuse pour résoudre ces problèmes. "Notre conception peut aider à améliorer considérablement l'uniformité des plaquettes jusqu'à 12 pouces et à réduire la génération de particules, ce qui est crucial pour la fabrication de matériaux et de dispositifs de haute qualité, " dit Kuang-Hui. " Cela nous permet aussi de découvrir de nouveaux matériaux. "

Les résultats montrent une augmentation significative de l'efficacité du chauffage et une réduction du gaspillage d'énergie. "Cette recherche d'équipements implique de nombreuses disciplines et est très complexe. Cependant, l'histoire a montré que l'innovation des équipements est la clé des percées scientifiques et de la révolution industrielle, " dit Xiaohang Li. " L'un des objectifs de la recherche est de mettre en place des activités de fabrication de MOCVD qui peuvent être intégrées dans l'énorme industrie chimique de l'Arabie saoudite. "