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研究計畫內容

頂尖研究中心整合型計畫 奈微米科技互動：奈米光電與 電子元件／奈 米 光電 三 族氮化物光電及功率 元件 III-Nitride Opto - & POWER- electronic Devices 吳孟奇 教授 電子工程研究所. 研究計畫內容. 子計畫一. III-Nitride 異質結構磊晶. Sb/Ga= 0. Sb/Ga= 0.015. Sb/Ga= 0.03. Sb/Ga= 0.06. 介面活化致平磊晶技術 Sb “Surfactant” Enhanced Epitaxial Lateral Overgrowth

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Presentation Transcript

  1. 頂尖研究中心整合型計畫奈微米科技互動：奈米光電與電子元件／奈米光電三族氮化物光電及功率元件III-Nitride Opto- & POWER- electronic Devices吳孟奇 教授電子工程研究所

  2. 研究計畫內容

  3. 子計畫一 III-Nitride異質結構磊晶 Sb/Ga= 0 Sb/Ga= 0.015 Sb/Ga= 0.03 Sb/Ga= 0.06 介面活化致平磊晶技術 Sb “Surfactant” Enhanced Epitaxial Lateral Overgrowth J. Appl. Phys., Vol. 92, No. 5, 1 September 2002 奈米壓印圖案化技術 Nano-Imprint Lithography (NIL) 目標實現低缺陷密度、高平坦度之III-N磊晶結構

  4. 子計畫一 III-Nitride異質結構磊晶 • 磊晶品質的評估，將協同子計畫二，由如下所列項目達成： • 磊晶過程的監控分析，如： • RHEED(Reflection High-Energy Electron Diffraction)； • 磊晶微結構檢測分析，如： • SEM (Scanning Electron Microscopy) • AFM (Atomic Force Microscopy) • XRD (X-Ray Diffraction Spectroscopy) • TEM (Transmission Electron Microscopy) • 磊晶層電性檢測分析，如： • Hall Measurement • ECV(Electro-Chemical CV) • 磊晶層光性檢測分析，如： • PL (Photoluminescence)

  5. 子計畫二 III-Nitride材料檢析與 異質接合技術 GaN/SiC HFET磊晶結構的TEM檢析，缺陷密度約達109/cm2 採用低溫沈積(Ga,P)多晶作為接合介質之晶圓接合技術 目標實現缺陷侷限於介面之III-Nitride異質接合

  6. 子計畫二 III-Nitride材料檢析與 異質接合技術 • 本分項的執行主要涵蓋如下四個層面： • III-N磊晶層的檢測分析 • 採用TEM觀察缺陷的結構與分佈，輔以XRD、PL進行多面向檢析，同時藉由SEM及AFM檢析磊晶層表面形貌。 • III-N異質磊晶介面的檢測分析 • 藉由材料分析技術直接探究介面結構與材料組成，如缺陷檢析、應變場分析、內建靜電場、局部晶格參數、原子排列、元素分佈等，提供磊晶參數修正及元件模擬之依據，從而獲得均勻理想之元件品質。 • 製程及操作致引缺陷的檢測分析 • 元件製作過程、操作過程（特別是高光或電功率密度操作下）皆可能產生缺陷。藉由材料分析技術，特別是超高解析度（達1Å）之掃瞄式TEM，亦可對此類後天缺陷進行檢析。 • 以晶圓接合技術實現異質整合 • 此分項亦將研究III-N與異質晶圓間之接合技術，同時對接合介面進行檢測分析，期能以較低溫度實現III-N與異質基板間之穩定接合。

  7. 子計畫三 高調變頻寬InGaN/GaN發光二極體的研製 AlGaInP/GaInP 紅光共振腔式LED 目標實現高調變頻寬之InGaN/GaN LED

  8. 子計畫三 高調變頻寬InGaN/GaN發光二極體的研製 • 光與植物作用中，植物藉由色素（光受器）將光能轉換為各生長面向所需之能量： • 葉綠素主要吸收紅光波段（λ~650nm）以行光合作用（Photosynthesis），獲得生長所需的養分及能量； • 光敏素主要感受紅光（λ~650nm）及近紅外光（λ~720nm）波段以控制諸多光形態反應（Photomorphogenesis），調節作息及生長發育； • 類胡蘿蔔素將能量較高之藍光波段（λ~450 nm）吸收，以保護葉綠素，並將能量傳遞給葉綠素，同時引起趨光性以及光形態反應； • 利用LED的可調變性，採用高頻間歇性光照（Intermittent Light）可使人工光源的應用更具能源效率，進而實現『照苗助長』計畫，為全球糧食危機打造解繫之鑰！

  9. 子計畫四 高電壓增強型AlGaN/GaN 高電子遷移率電晶體的研製 Vth = -2.8V (D-Mode) (On Si) Ron=14.8 mΩ-cm2 目標實現增強型（Enhancement Mode）HEMT

  10. 子計畫四 高電壓增強型AlGaN/GaN 高電子遷移率電晶體的研製 • 寬能隙（~3.5 eV）兼以高電子飽和速度（~2.5x107 cm/s），以及異質磊晶結構衍生之高濃度（~1x1013 cm-2）、高載子遷移率（~1500 cm2/V-s）之二維載子通道，使III-N於高頻及高功率應用潛力上顯著超越傳統矽（Si）或砷化鎵（GaAs）等材料系統，不僅可承載更高的功率密度，承受更高的操作溫度，因高耐壓特性（≧300 V/μm）而得以縮減之導通路徑，輔以高速載子特性而可獲致低導通耗損。 • 一般600V Silicon Power MOSFET的Vth約需為2.5V以避免誤動作，因此要能完全取代現有Si MOSFET，AlGaN/GaN HEMT也須達如此特性。本分項將以蝕刻或選擇性區域成長（SAG）的方式局部形成2DEG，移除閘極下端2DEG以形成MOS Channel，研製出MOS-HEMT。目標為將Vth由目前的-2.8V，提升至0V以上，以達成增強型（Enhancement Mode）的操作特性，同時具有高電流操作能力。

  11. 結論與展望 • 實現III-Nitride低缺陷密度磊晶結構 • 提升元件特性與耐受性 • 實現III-Nitride異質晶圓接合技術研發 • 實現磊晶層移轉 • 實現III-Nitride高調變頻寬LED • 實現『照苗助長』 • 實現III-Nitride增強型高操作功率HEMT • 提高能源效率

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