Chi tiết blog

Thoạt nhìn, một tấm wafer sapphire có vẻ đơn giản một cách đáng ngạc nhiên: tròn, trong suốt và dường như đối xứng. Tuy nhiên, ở cạnh của nó lại ẩn chứa một đặc điểm tinh tế—một khía hoặc một mặt phẳng—một cách lặng lẽ quyết định liệu quá trình epitaxy GaN của bạn có thành công hay không.

Trong công nghệ GaN-on-sapphire, hướng của wafer không phải là một chi tiết thẩm mỹ hay một thói quen kế thừa. Nó là một chỉ dẫn tinh thể học, được mã hóa cơ học và được truyền từ quá trình phát triển tinh thể đến quang khắc, epitaxy và chế tạo thiết bị.

Việc hiểu tại sao các khía và mặt phẳng tồn tại, chúng khác nhau như thế nào và cách xác định chúng một cách chính xác là điều cần thiết cho bất kỳ ai làm việc với chất nền GaN trên sapphire.

1. Tại sao GaN trên Sapphire quan tâm nhiều đến Định hướng

Không giống như silicon, sapphire (Al₂O₃) là:

• Hệ tinh thể tam giác (lục giác)

• Dị hướng mạnh về các tính chất nhiệt, cơ học và bề mặt

• Thường được sử dụng với các hướng không lập phương như c-plane, a-plane, r-plane và m-plane

Epitaxy GaNcực kỳ nhạy cảm với:

• Định hướng tinh thể học trong mặt phẳng

• Hướng bước nguyên tử

• Hướng cắt lệch của chất nền

Do đó, khía hoặc mặt phẳng không chỉ để xử lý—nó là một dấu hiệu vĩ mô của đối xứng ở cấp độ nguyên tử.

2. Mặt phẳng so với Khía: Sự khác biệt là gì?

2.1 Mặt phẳng Wafer (Dấu hiệu Định hướng Kế thừa)

Một mặt phẳng là một đường cắt thẳng, tuyến tính dọc theo cạnh wafer.

Trong lịch sử, mặt phẳng đã được sử dụng rộng rãi trong:

• Wafer sapphire 2 inch và 3 inch

• Sản xuất LED GaN ban đầu

• Các nhà máy bán thủ công hoặc tự động

Các đặc điểm chính:

• Đoạn cạnh dài, thẳng

• Mã hóa một hướng tinh thể học cụ thể

• Dễ nhìn và cảm nhận

• Tiêu tốn diện tích wafer có thể sử dụng

Các mặt phẳng thường được căn chỉnh theo một hướng sapphire được xác định rõ, chẳng hạn như:

• ⟨11-20⟩ (trục a)

• ⟨1-100⟩ (trục m)

2.2 Khía Wafer (Tiêu chuẩn Hiện đại)

Một khía là một vết lõm nhỏ, hẹp dọc theo cạnh wafer.

Nó đã trở thành tiêu chuẩn chủ đạo cho:

• Wafer sapphire 4 inch, 6 inch và lớn hơn

• Các công cụ tự động hoàn toàn

• Các nhà máy GaN có thông lượng cao

Các đặc điểm chính:

• Cắt nhỏ gọn, cục bộ

• Giữ lại nhiều diện tích wafer có thể sử dụng hơn

• Có thể đọc bằng máy

• Có thể lặp lại cao

Hướng khía vẫn tương ứng với một hướng tinh thể học cụ thể, nhưng theo một cách hiệu quả hơn nhiều về không gian.

3. Tại sao ngành công nghiệp chuyển từ Mặt phẳng sang Khía

Sự chuyển đổi từ mặt phẳng sang khía không phải là thẩm mỹ—nó được thúc đẩy bởi vật lý, tự động hóa và kinh tế năng suất.

3.1 Quy mô kích thước Wafer

Khi wafer sapphire tăng từ 2″ → 4″ → 6″:

• Mặt phẳng loại bỏ quá nhiều diện tích hoạt động

• Loại trừ cạnh trở nên quá mức

• Cân bằng cơ học trở nên tồi tệ hơn

Một khía cung cấp thông tin định hướng với sự gián đoạn hình học tối thiểu.

3.2 Khả năng tương thích tự động hóa

Các công cụ hiện đại dựa vào:

• Phát hiện cạnh quang học

• Căn chỉnh bằng robot

• Thuật toán nhận dạng định hướng

Khía cung cấp:

• Tham chiếu góc rõ ràng

• Căn chỉnh nhanh hơn

• Giảm nguy cơ chọn sai

3.3 Độ nhạy của quy trình GaN

Đối với epitaxy GaN, các lỗi định hướng có thể gây ra:

• Bước chụm

• Giãn ứng suất dị hướng

• Sự lan truyền khuyết tật không đồng đều

Độ chính xác và khả năng lặp lại của các khía làm giảm những rủi ro này.

4. Cách xác định hướng Wafer trong thực tế

4.1 Nhận dạng trực quan

• Mặt phẳng: cạnh thẳng rõ ràng

• Khía: vết cắt nhỏ, hình chữ U hoặc V

Tuy nhiên, việc nhận dạng trực quan một mình là không đủ để kiểm soát quy trình GaN.

4.2 Phương pháp tham chiếu góc

Khi khía hoặc mặt phẳng được định vị:

• Xác định 0°

• Đo độ lệch góc xung quanh wafer

• Lập bản đồ các hướng quy trình (quang khắc, đường phân tách, cắt lệch)

Điều này rất quan trọng khi căn chỉnh:

• Hướng tăng trưởng epitaxy

• Vạch thiết bị

• Làn khắc laser

4.3 Xác nhận bằng tia X hoặc quang học (Nâng cao)

Đối với các ứng dụng có độ chính xác cao:

• XRD xác nhận hướng tinh thể

• Các phương pháp dị hướng quang học xác minh sự căn chỉnh trong mặt phẳng

• Đặc biệt quan trọng đối với sapphire không phải c-plane

5. Các cân nhắc đặc biệt đối với GaN trên Sapphire

5.1 c-Plane Sapphire

• Phổ biến nhất cho đèn LED và thiết bị nguồn

• Khía thường được căn chỉnh theo trục a hoặc trục m

• Kiểm soát hướng dòng bước trong quá trình phát triển GaN

5.2 Sapphire không phân cực và bán phân cực

• a-plane, m-plane, r-plane sapphire

• Định hướng trở nên quan trọng, không phải là tùy chọn

• Giải thích sai khía có thể hoàn toàn vô hiệu hóa chất nền

Trong những trường hợp này, khía thực sự là một phần của công thức epitaxy.

6. Những sai lầm phổ biến mà các kỹ sư mắc phải

1. Giả định hướng khía là “tiêu chuẩn” trên tất cả các nhà cung cấp

2. Đối xử với sapphire như silicon (nó không phải là hình khối)

3. Bỏ qua hướng cắt lệch được mã hóa bằng khía

4. Chỉ dựa vào kiểm tra trực quan

5. Trộn các bản vẽ dựa trên mặt phẳng kế thừa với các wafer dựa trên khía

Mỗi điều này có thể gây ra sự trôi dạt quy trình tinh tế nhưng gây chết người.

7. Mặt phẳng hoặc Khía: Bạn nên chọn cái nào?

8. Một viễn cảnh rộng hơn

Trong GaN trên sapphire, khía hoặc mặt phẳng không phải là một sự tiện lợi—nó là một biểu hiện vật lý của tinh thể học.

Ở cấp độ nguyên tử, sự phát triển của GaN phụ thuộc vào các cạnh bước và đối xứng.
Ở cấp độ wafer, những hướng tương tự được mã hóa dưới dạng khía hoặc mặt phẳng.

Những gì trông giống như một vết cắt nhỏ ở cạnh, trên thực tế, là một bản đồ của tinh thể bên dưới.

9. Thông tin chính trong một câu

Trong công nghệ GaN-on-sapphire, việc xác định khía hoặc mặt phẳng không phải là về việc biết wafer “bắt đầu” từ đâu—mà là về việc biết tinh thể muốn phát triển theo hướng nào.