De toepassing van speciale gassen in de LED-opto-elektronica-industrie

Epitaxie wordt algemeen erkend als de kernstap in de productie van LED-chips. De kwaliteit van het epitaxiale proces bepaalt direct het lichtopbrengstrendement, de golflengte-uniformiteit en de levensduur van LED-chips. Een zeer precies speciaalgassysteem ondersteunt dit cruciale proces.

Naarmate nieuwe beeldschermtechnologieën zoals Mini LED en Micro LED zich snel ontwikkelen, stijgen de eisen aan productieomgevingen en procesmaterialen voortdurend. De zuiverheid, stabiliteit en leveringsbetrouwbaarheid van speciaalgassen zijn uitgegroeid tot sleutelfactoren die industriële vernieuwing beperken.

Epitaxie: Het startpunt van de ‘groei’ van LED-chips

In de LED-industrieketen vormen epitaxietechnologie, -apparatuur en -materialen de drie pijlers van de productie van epitaxiale wafers. MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) is momenteel de mainstreamtechnologie voor het groeien van epitaxiale wafers en een gevestigd industrieel proces; het is nu de fundamentele techniek voor de productie van de meeste opto-elektronische materialen.

Het kernprincipe van MOCVD is om organometallische verbindingen en hydriden die specifieke elementen bevatten als precursorstoffen via een draaggas in een reactiekamer te brengen. Op een hoogtemperatuursubstraat vinden chemische reacties plaats, waardoor een eenvoudig kristallijne epitaxiale laag wordt gevormd. Dit proces stelt uiterst hoge eisen aan de zuiverheid van gassen, de nauwkeurigheid van gasstromen en de stabiliteit.

De kernrol van speciaalgassen bij epitaxiale groei

Ultrazuivere speciaalgassen vervullen verschillende functies bij epitaxie:

Reactiegassen:

● Hoogzuivere arsine (AsH3), fosfine (PH3) en ammoniak (NH3) zijn de belangrijkste reactiegassen en leveren groep-V-elementen (arsenicum, fosfor, stikstof) die zich met groep-III-elementen verbinden om samengestelde halfgeleidermaterialen te vormen.

Dopergassen:

● Silaan (SiH4) maakt n-type-doping mogelijk bij de productie van galliumarsenide en regelt nauwkeurig de elektrische eigenschappen van epitaxiale lagen. Waterstofchloride (HCl) en chloor (Cl2) worden veel gebruikt als etsgassen voor fijne etsing en oppervlaktebehandeling.

Dragergassen:

● Argon (Ar), stikstof (N2) en helium (He) transporteren precursorstoffen naar de reactiekamer terwijl ze een inerte procesomgeving handhaven.

Organische bronstoffen:

● Belangrijke organische bronstoffen zijn trimethylgallium (TMGa), trimethylindium (TMIn), trimethylaluminium (TMAl), diethylyn (DEZn) en bis(cyclopentadienyl)magnesium (Cp2Mg), die groep-III-elementen en p-type-dopanten leveren.

Zuiverheid: de sleutelvariabele die de LED-kwaliteit bepaalt

Naarmate de technologie voor samengestelde halfgeleiders rijpt en de industrialisering versnelt, is de ontwikkeling van uiterst zuivere speciaalgassen en organische bronstoffen op meerdere gebieden geavanceerd:

● Diepezuiverings-technologie met behulp van meertrapsprocessen om verontreinigingen op uiterst lage niveaus te houden.

● Schoonmaakbehandeling van de binnenzijden van flessen en leidingen via elektropolijsten en electrochemisch polijsten om secundaire verontreiniging tijdens gasafgifte te voorkomen.

● Detectie van sporenverontreinigingen, die zich van ppm- en ppb-niveaus richt op ppt-niveaus.

● Voortdurende verbetering van de zuivering en analyse van metalen verontreinigingen op ppt-niveau.

● Afvalgasbehandeling met alarmsystemen en geïntegreerde, milieuvriendelijke gasvoorziening voor veiligheid en milieuconformiteit.

● Hoogprecieze formulering van speciaalgasmengsels om aan de exacte behoeften van verschillende processen te voldoen.

● Deeltjesfiltratietechnologie, inclusief het testen en filteren van deeltjes van 0,01 tot 0,002 μm.

Neem ammoniak, het meest gebruikte gas in de LED-industrie: de zuiverheid is geëvolueerd van elektronisch grade (5N) naar 5,5N en 5,7N, en nu naar ‘blue ammonia’ (6,4N), dat veelvuldig wordt gebruikt bij de productie van galliumnitride.

Omdat verontreinigingen zoals vocht en koolwaterstoffen streng beperkt zijn, terwijl de meeste speciaalgassen chemisch actief zijn en moeilijk zuiver blijven, zijn gaszuiverheid en betrouwbaarheid van de leversystemen uitgegroeid tot topprioriteiten voor halfgeleiderfabrikanten.