Bygger krystaller på en meget varm overflade

En KAUST kemisk reaktor, der fungerer ved ekstremt høje temperaturer, kan forbedre effektiviteten og økonomien ved en almindeligt anvendt proces i halvlederindustrien, med fordele for Saudi -Arabiens kemiske industri.

Produktionen af ​​halvledere er afhængig af epitaxy, en proces, der skaber single-crystal materialer af høj kvalitet ved at deponere atomer på en wafer lag for lag, styring af tykkelsen med atompræcision. Den mest almindelige epitaxy -metode er metalorganisk kemisk dampaflejring, eller MOCVD. Rene dampe af organiske molekyler indeholdende de ønskede atomer - f.eks. bor og nitrogen i tilfælde af bornitrid - injiceres i et reaktionskammer. Molekylerne nedbrydes på en opvarmet skive for at efterlade halvlederens atomer bag på overfladen, som binder både til hinanden og waferen for at danne et krystallag.

Ph.d. studerende Kuang-Hui Li og et team under ledelse af Xiaohang Li ved KAUST udvikler en MOCVD-reaktor, der effektivt kan fungere ved ekstremt høje temperaturer for at skabe bornitrid og aluminiumnitrid af høj kvalitet og specielt lovende til fleksibel elektronik, ultraviolet optoelektronik og effektelektronik.

Epitakien af ​​bornitrid af høj kvalitet og aluminiumnitrid har været en kæmpe udfordring for den konventionelle MOCVD-proces, som normalt fungerer under 1200 grader Celsius. Epitaxy af disse materialer reagerer bedst på temperaturer over 1600 grader Celsius; imidlertid, de mest almindelige resistente varmelegemer er ikke pålidelige ved disse temperaturer.

Selvom induktionsvarmere kan nå disse temperaturer, opvarmningseffektiviteten af ​​det konventionelle design er lav. Fordi den spildte energi kan overophedes gasindløbet, det skal placeres langt væk fra skiven, hvilket er problematisk for bornitrid og aluminiumnitrid af høj kvalitet på grund af partikeldannelse og lav udnyttelse af organiske molekyler.

KAUST-teamet har udviklet en innovativ og billig induktionsopvarmningsstruktur til at løse disse problemer. "Vores design kan hjælpe med at forbedre ensartetheden for op til 12-tommers skiver og reducere partikelgenerering, hvilket er afgørende for materiale og fabrikation af høj kvalitet af høj kvalitet, "siger Kuang-Hui." Det giver os også mulighed for at opdage nye materialer. "

Resultaterne viser en betydelig stigning i varmeeffektivitet og reduktion i spild af energi. "Denne udstyrsundersøgelse involverer mange discipliner og er yderst kompleks. Men historien har vist, at udstyrsinnovation er nøglen til videnskabelige gennembrud og industriel revolution, "siger Xiaohang Li." Et mål med forskningen er at etablere MOCVD -produktionsaktiviteter, der kan integreres i den enorme kemiske industri i Saudi -Arabien. "