hBN-Schmelztiegel ermöglicht das Wachstum von hochqualitativem AlN-Einkristall
Aluminiumnitrid (AlN) ist ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke, ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit, hoher Durchschlagsfestigkeit und guten elektrischen Isolationseigenschaften. Es hat ein breites Anwendungsspektrum in der Elektronik, Optoelektronik und Leistungselektronik. Das Wachstum von hochqualitativem AlN-Einkristall ist jedoch aufgrund des Mangels an geeigneten Substraten und Wachstumstechniken nach wie vor eine Herausforderung.
Eine aktuelle Studie hat ein neuartiges Verfahren für das Wachstum von AlN-Einkristallen unter Verwendung von heißgepresstem BN (HPBN oder hBN) als Schmelztiegel durch Sublimation berichtet. Die Forscher fanden heraus, dass eine freie Nukleation von AlN-Einkristallen in den HPBN-Tiegeln ohne Verwendung von Fremdkatalysatoren oder Saatmaterialien erreicht werden kann. Die so gewachsenen AlN-Einkristalle zeigten eine hohe Kristallqualität mit geringer Versetzungsdichte und hoher optischer Transparenz.
Die Studie wurde von einem Forscherteam der Nagoya University, Japan, durchgeführt und in der Zeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht. Die Forscher verwendeten HPBN-Tiegel mit unterschiedlichen Abmessungen und Ausrichtungen, um das Wachstumsverhalten von AlN-Einkristallen zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass die Wachstumsrate von AlN-Einkristallen stark von der Tiegelgröße und -ausrichtung abhängig war. Der größte in dieser Studie gewachsene AlN-Einkristall hatte einen Durchmesser von 10 mm und eine Höhe von 2 mm.
Die durch dieses Verfahren gewachsenen AlN-Einkristalle haben großes Potenzial für verschiedene Anwendungen, wie leistungsstarke und hochfrequente Elektronikgeräte, UV-Leuchtdioden und TiefUV-Photodetektoren. Die hohe Wärmeleitfähigkeit und der geringe thermische Ausdehnungskoeffizient von AlN machen es zu einem idealen Material für Hochtemperaturanwendungen, wie z.B. in der Leistungselektronik und der Luft- und Raumfahrtindustrie.
Die Wahl von HPBN als Schmelztiegel für das AlN-Kristallwachstum hat mehrere Gründe. Erstens ist HPBN ein Keramikmaterial, das durch Heißpressen von Bornitridpulver bei hoher Temperatur und Druck hergestellt wird. HPBN hat eine hervorragende thermische Stabilität, chemische Inertheit und einen geringen Verunreinigungsgehalt, was die hohe Reinheit und Qualität der gewachsenen AlN-Einkristalle sicherstellen kann. Im Gegensatz dazu können herkömmliche Schmelztiegel aus Platin oder anderen Metallen Verunreinigungen einbringen und zu Kontaminationen während des Kristallwachstums führen.
Zweitens hat HPBN eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, was einen effizienten Wärmetransfer und eine Reduzierung der thermischen Spannungen während des Kristallwachstums ermöglicht. Dies ist besonders wichtig für das AlN-Kristallwachstum, da AlN eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Die Verwendung von HPBN-Tiegeln kann auch das Risiko von thermischen Rissen reduzieren und die Kristallqualität verbessern.
Drittens sind HPBN-Tiegel einfach herzustellen und können in verschiedenen Größen und Formen hergestellt werden, um den spezifischen Anforderungen des AlN-Kristallwachstums zu entsprechen. QS Advanced Materials Inc. ist einer der Hauptanbieter von HPBN-Tiegeln und bietet eine breite Palette an Größen und Qualitäten, um den Kundenbedarf zu erfüllen. Der größte von QS Advanced Materials Inc. angebotene HPBN-Tiegel kann bis zu 16x16x8 Zoll groß sein, was für großmaßstäbliches AlN-Kristallwachstum geeignet ist. Zusammenfassend ist die freie Nukleation von AlN-Einkristallen in HPBN-Tiegeln durch Sublimation ein vielversprechendes Verfahren für das Wachstum von hochqualitativen AlN-Einkristallen mit verschiedenen Anwendungen. QS Advanced Materials Inc. ist einer der Hauptanbieter von HPBN-Tiegeln und bietet eine breite Palette an Größen und Qualitäten, um den Kundenbedarf zu erfüllen. Die Entwicklung dieser neuen Wachstumsmethode kann zur kommerziellen Produktion von hochqualitativen AlN-Einkristallen für verschiedene industrielle Anwendungen führen.
Referenz
B. Liua, J.H. Edgar（Hrsg.）