L'épitaxie à distance attire de plus en plus l'attention dans le domaine de la fabrication de semi-conducteurs pour la croissance de films minces qui copient la structure cristalline du modèle, qui peut ensuite être exfoliée pour former des membranes autoportantes. Cependant, des conditions d'épitaxie difficiles peuvent souvent endommager les matériaux des modèles, comme dans le cas de l'épitaxie à distance de couches minces de GaN, matériaux prometteurs pour les diodes électroluminescentes, les photodétecteurs et les dispositifs électroniques de puissance, sur des modèles de graphène/AlN.
L'hétéroépitaxie à distance du GaN n'a pas été réalisée par une technique standard de dépôt chimique en phase vapeur métal-organique (MOCVD) en raison des températures élevées impliquées dans le processus. Il a été rapporté que le graphène placé sur un substrat dans un environnement extrême tel qu'une température élevée ou l'utilisation d'un gaz actif dans le MOCVD est endommagé en raison d'une instabilité chimique, ce qui empêche l'exfoliation des films de GaN développés.
Dans ce contexte, une équipe de chercheurs dirigée par Dong-Seon Lee, chef du département d'ingénierie des semi-conducteurs et professeur à l'École de génie électrique et d'informatique de l'Institut des sciences et technologies de Gwangju, a récemment utilisé l'épitaxie à distance pour développer du GaN. films minces sur des modèles de graphène/AlN par MOCVD et étudié l'effet des piqûres de surface dans l'AlN sur la croissance et l'exfoliation de ces films minces.
Leur article a été publié dans ACS Nano .
Les chercheurs ont d’abord effectué un test de recuit à 950 °C pendant 5 minutes pour vérifier la stabilité thermique du graphène sur AlN. Sur la base de ses résultats, ils ont développé un processus en deux étapes pour faire croître des films minces de GaN sur le modèle par MOCVD. La première croissance de GaN a eu lieu à 750 °C pendant 10 minutes, après quoi la deuxième croissance a été réalisée à 1 050 °C pendant 60 minutes.
L’exfoliation des couches minces de GaN ainsi développées a été utilisée comme preuve du succès du processus d’épitaxie à distance. Alors que les films cultivés à 750 °C ont pu être exfoliés avec succès, la séparation a échoué après la deuxième étape de croissance.
Après une analyse plus approfondie, l'équipe a découvert que les micropiqûres de taille nanométrique sur la surface de l'AlN entraînaient la dégradation du graphène à proximité d'elles à des températures plus élevées, ce qui modifiait les modes de croissance des couches minces de GaN. En conséquence, GaN s'est directement lié au substrat AlN, provoquant l'échec de l'exfoliation du film.
"Grâce à cette étude, nous avons révélé pour la première fois que des problèmes structurels dans le substrat peuvent également provoquer un échec de pelage. Ces résultats illustrent l'importance des propriétés chimiques et topographiques des modèles pour une épitaxie à distance réussie", explique le professeur Lee.
Cette étude fournit les principales données expérimentales qui soutiennent la mise en œuvre stable du développement de l’épitaxie à distance. Interrogé sur les implications des travaux actuels, le professeur Lee déclare :« Dans un avenir proche, la mise en œuvre de l'épitaxie à distance GaN devrait fournir les semi-conducteurs GaN de haute qualité requis pour l'industrie des véhicules électriques. pour changer la situation générale de l'industrie actuelle des semi-conducteurs. De plus, il sera possible de surmonter la loi de Moore."
Plus d'informations : Hoe-Min Kwak et al, Stabilité du graphène et influence des puits de surface d'AlN sur l'hétéroépitaxie à distance GaN pour l'exfoliation, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c02565
Informations sur le journal : ACS Nano
Fourni par le GIST (Institut des sciences et technologies de Gwangju)
