Příprava heterostruktur na bázi nitridů pro pokročilé scintilátory a HEMTy a jejich charakterizace pomocí optických a transportních metod (v rámci projektu OP-PK LABONIT)

Perex

Téma zahrnuje dvě problematiky: 

  • Vývoj tlustých luminiscenčních heterostruktur s mnoha InGaN/GaN kvantovými jamami
  • Vývoj nitridových tranzistorových struktur pro vysokovýkonové aplikace
Text
Department_14_MOVPE-AIXTRON.png
Popis

Epitaxní aparatura (MOVPE) AIXTRON – CCS3´2 pro růst heterostruktur na bázi nitridů.

Polovodičové heterostruktury na bázi nitridů určené pro pokročilé scintilátory a tranzistory typu HEMT jsou připravovány metodou epitaxního růstu z organo-kovových sloučenin (MOVPE). Optimalizace obou typů struktur se neobejde bez těsné zpětné vazby mezi technologií jejich přípravy a charakterizací. Vypěstované struktury jsou tak v co nejkratším čase testovány pomocí optických (Raman, fotoluminiscence, katodo-luminiscence) a transportních (vodivost, Hall, kapacitní profilometrie) metod.

Vývoj tlustých luminiscenčních heterostruktur s mnoha InGaN/GaN kvantovými jamami

Téma zahrnuje vývoj scintilačních nanoheterostruktur se superrychlou subnanosekundovou luminiscenční odezvou na ionizující záření připravených na bázi nitridových polovodičů metodou organokovové epitaxe. Touto technologickou metodou lze připravit materiál, jehož atomy jsou uspořádány podobně jako v monokrystalu na přesně definovaných pozicích, avšak jednotlivé vrstvy tohoto „kvazimonokrystalu“ mohou být připraveny s různým složením. Střídáním tenkých vrstev (některé mohou obsahovat i jen několik málo atomových rovin) lze vytvořit kvantové heterostruktury s různými funkčními vlastnostmi (např. scintilačními), které mají potenciál najít své uplatnění v high-tech průmyslových a medicínských aplikacích. Jednou z největších výzev v rámci tohoto tématu je připravit heterostruktury s vysokým počtem kvantových jam v aktivní oblasti, aby byla využita co největší část budícího, hluboce pronikajícího ionizujícího záření. Na vývoji těchto heterostruktur úzce spolupracují technologická a luminiscenční skupina. Struktury jsou vyvíjeny ve spolupráci s firmou Crytur, Turnov.

Snímek z transmisního elektronového mikroskopu s atomovým rozlišením struktury s InGaN kvantovými jamami (tmavější oblasti). Tloušťka kvantových jam je asi 2 atomové roviny. Fotka svítící heterostruktury připravené na safírové podložce s průměrem 2“ při UV excitaci.

 

Vývoj nitridových tranzistorových struktur pro vysokovýkonové aplikace

Nitridové polovodiče jsou díky širokému zakázanému pásu, vysoké tepelné vodivosti a zároveň vysoké tepelné odolnosti ideálním materiálem pro vysokovýkonové aplikace. Navíc lze pomocí těchto polovodičů a přirozeného piezoelektrického pole na rozhraních připravit struktury s 2D elektronovým plynem s vysokou rychlostí elektronů v elektronovém kanálu, takže jsou tyto struktury navíc vhodné pro vysokofrekvenční aplikace. Vývoj těchto tranzistorových struktur probíhá v oddělení polovodičů ve spolupráci s firmou On Semiconductor, Czech Republic, Rožnov p. Radhoštěm. Struktury jsou modelovány, připravovány technologií MOVPE a charakterizovány luminiscenčními i transportními metodami.. Na tomto tématu úzce spolupracují všechny tři skupiny oddělení polovodičů – skupina teorie transportních vlastností, skupina optické charakterizace i technologická skupina.

Dep14_HEMT_struktura.png
Popis

Dep14_HEMT_struktura.png

Příklad jedné z vyvinutých heterostruktur pro tranzistory s vysokou pohyblivostí elektronů

Na tématu se podílejí