La epitaxia remota ha estado ganando atención en el campo de la fabricación de semiconductores para el crecimiento de películas delgadas que copian la estructura cristalina de la plantilla, que luego pueden exfoliarse para formar membranas independientes. Sin embargo, las duras condiciones de epitaxia a menudo pueden causar daños a los materiales de la plantilla, como en el caso de la epitaxia remota de películas delgadas de GaN, materiales prometedores para diodos emisores de luz, fotodetectores y dispositivos electrónicos de potencia, en plantillas de grafeno/AlN. P>

La heteroepitaxia remota de GaN no se ha logrado mediante una técnica estándar de deposición química de vapor organometálico (MOCVD) debido a las altas temperaturas involucradas en el proceso. Se ha informado que el grafeno colocado sobre un sustrato en un entorno extremo, como altas temperaturas o el uso de un gas activo en MOCVD, se daña debido a la inestabilidad química, lo que provoca que no se puedan exfoliar las películas de GaN cultivadas.

En este contexto, un equipo de investigadores dirigido por Dong-Seon Lee, jefe del Departamento de Ingeniería de Semiconductores y profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju, ha utilizado recientemente epitaxia remota para cultivar GaN. películas delgadas en plantillas de grafeno/AlN por MOCVD e investigó el efecto de los hoyos superficiales en AlN sobre el crecimiento y la exfoliación de estas películas delgadas.

Su artículo fue publicado en ACS Nano .

Los investigadores primero realizaron una prueba de recocido a 950 °C durante 5 minutos para comprobar la estabilidad térmica del grafeno en AlN. Basándose en sus resultados, desarrollaron un proceso de dos pasos para hacer crecer películas delgadas de GaN en la plantilla de MOCVD. El primer crecimiento de GaN tuvo lugar a 750 °C durante 10 minutos, tras lo cual el segundo crecimiento se realizó a 1050 °C durante 60 minutos.

La exfoliación de las finas películas de GaN así creadas se utilizó como prueba del éxito del proceso de epitaxia remota. Si bien las películas cultivadas a 750 °C se pudieron exfoliar con éxito, la separación fracasó después del segundo paso de crecimiento.

Tras un análisis más profundo, el equipo descubrió que los hoyos de tamaño nanométrico en la superficie de AlN conducían a la degradación del grafeno cerca de ellos a temperaturas más altas, lo que alteraba los modos de crecimiento de las películas delgadas de GaN. Como resultado, GaN se unió directamente al sustrato de AlN, provocando el fallo de la exfoliación de la película.

"A través de este estudio, revelamos por primera vez que los problemas estructurales en el sustrato también pueden causar fallas en el pelado. Estos resultados ejemplifican la importancia de las propiedades químicas y topográficas de las plantillas para una epitaxia remota exitosa", dice el profesor Lee.

Este estudio proporciona los datos experimentales primarios que respaldan la implementación estable del desarrollo de la epitaxia remota. Cuando se le preguntó sobre las implicaciones del presente trabajo, el profesor Lee dijo:"En un futuro próximo, se espera que la implementación de epitaxia remota de GaN proporcione los semiconductores de GaN de alta calidad necesarios para la industria de vehículos eléctricos. Dado que el reciclaje de sustratos es posible, se espera que para cambiar el panorama general de la industria de semiconductores existente. Además, será posible superar la ley de Moore."

Más información: Hoe-Min Kwak et al, Estabilidad del grafeno e influencia de las fosas superficiales de AlN en la heteroepitaxia remota de GaN para la exfoliación, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02565

Información de la revista: ACS Nano

Proporcionado por GIST (Instituto Gwangju de Ciencia y Tecnología)