最近讀者問了這個問題,使用藍寶石(Al?O?)作為氮化鎵(GaN)器件的襯底材料,主要是由于其優越的物理特性,但也存在一些局限性。以下是它的好處和不足:
好處:
良好的熱導率:藍寶石的熱導率較高(約為25 W/m·K),能夠有效地幫助氮化鎵器件散熱,提升器件的性能和穩定性。
適合的晶格匹配:藍寶石與氮化鎵的晶格常數比較接近,盡管仍存在一定的差異,但藍寶石的晶格匹配性較其他材料(如硅)更好,這有助于提高GaN器件的晶體質量。
透明性:藍寶石是透明的,尤其在紫外線范圍內,因此在一些光電應用中,藍寶石襯底不會影響光的傳輸。
機械強度好:藍寶石的機械強度較高,有助于器件的長期可靠性。
成熟的技術:藍寶石作為襯底材料已經有很長時間的應用歷史,相關的制造工藝和技術較為成熟,成本相對較低。
晶格失配:盡管藍寶石與GaN的晶格常數較為接近,但仍然存在一定的晶格失配(約17%),這會導致GaN薄膜在生長過程中產生位錯,影響器件的性能,尤其是在高功率、高頻率的應用中。
熱膨脹系數不匹配:藍寶石和GaN的熱膨脹系數差異較大,這可能在溫度變化時導致襯底與GaN層之間的應力增大,從而影響器件的可靠性和長壽命。
成本較高:雖然藍寶石的生產工藝成熟,但它的成本仍然相對較高,尤其是在大面積襯底上,制備大尺寸藍寶石襯底的成本較為昂貴。
難以實現高產率:由于襯底材料的晶格失配和熱膨脹系數差異,制造高質量、低缺陷的GaN薄膜依賴于精密的工藝,這可能會影響生產的良率,增加生產成本。
限制于大尺寸襯底:藍寶石襯底的尺寸通常受到限制,難以做到大尺寸的晶圓,這對一些要求大尺寸GaN器件的應用來說可能不夠理想。
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