Bruken av spesialgasser i LED-optoelektronikkindustrien

Epitaksi anerkjennes bredt som den sentrale trinnet i produksjonen av LED-chip. Kvaliteten på epitaksiprosessen avgjør direkte lysutbyttet, bølgelengdejevnheten og levetiden til LED-chipene. Dette kritiske prosessstadiet støttes av et svært nøyaktig spesialgasssystem.

Ettersom nye displayteknologier som Mini LED og Micro LED utvikler seg raskt, øker kravene til produksjonsmiljøer og prosessmaterialer kontinuerlig. Rentheten, stabiliteten og leveringspåliteligheten til spesialgasser har blitt avgjørende faktorer som begrenser industriell oppgradering.

Epitaksi: Utgangspunktet for «vekst» av LED-chip

I LED-industrikjeden er epitaksiteknologi, -utstyr og -materialer de tre søylene i epitaksiskiveproduksjon. MOCVD (metal-organisk kjemisk dampavsetning) er i dag den dominerende teknologien for vekst av epitaksiskiver og en etablert industriprossess, og nå den grunnleggende teknikken for produksjon av de fleste optoelektroniske materialer.

Kjerneprinsippet bak MOCVD er å levere organiske metallforbindelser og hydridforbindelser som inneholder spesifikke elementer som forløpere inn i en reaksjonskammer ved hjelp av bærgass. Kjemiske reaksjoner skjer på et substrat med høy temperatur, noe som fører til vekst av en enkrystallinsk epitaksial lag. Denne prosessen stiller svært høye krav til gassrens, strømnøyaktighet og stabilitet.

Kjernefunksjonen til spesialgasser i epitaksial vekst

Ultra-ren spesialgass har ulike funksjoner i epitaksi:

Reaksjonsgasser:

● Høyren arsenhydrid (AsH3), fosfin (PH3) og ammoniakk (NH3) er de viktigste reaksjonsgasene og leverer gruppe-V-elementer (arsen, fosfor, nitrogen) som kombineres med gruppe-III-elementer for å danne sammensatte halvledermaterialer.

Dopingsgasser:

● Silan (SiH4) brukes til n-type-doping i produksjon av galliumarsenid og gir nøyaktig kontroll over de elektriske egenskapene til epitaksiallagene. Hydrogenklorid (HCl) og klor (Cl2) brukes ofte som etsingsgasser for fin etsing og overflatebehandling.

Bæregasser:

● Argon (Ar), nitrogen (N2) og helium (He) transporterer forløpere til reaksjonskammeret samtidig som de opprettholder en inaktiv prosessmiljø.

Organiske kilder:

● Viktige organiske kilder inkluderer trimetylgalium (TMGa), trimetylindium (TMIn), trimetylaluminium (TMAl), dietilsink (DEZn) og bis(syklopentadienyl)magnesium (Cp2Mg), som leverer grupppe-III-elementer og p-type-dopanter.

Renhet: Den viktigste variabelen som bestemmer LED-kvaliteten

Ettersom sammensatt halvlederteknologi modner og industrialiseringen akselererer, har utviklingen av ultra-renne spesialgasser og organiske kilder fremskritt på flere områder:

● Dyprenseteknologi som bruker flertrinnsprosesser for å holde urenheter på ekstremt lave nivåer.

● Ren behandling av sylinder- og rørveggene via elektropolering og elektrokjemisk polering for å unngå sekundærkontaminering under gasslevering.

● Deteksjon av sporurenheter som går fra ppm- og ppb-nivåer mot ppt-nivåer.

● Kontinuerlig forbedring av renhet og analyse av metallforurensninger på ppt-nivå.

● Avgassbehandling med alarmssystemer og integrert forureningsfri gassforsyning for sikkerhet og miljømessig etterlevelse.

● Høypresis formulering av spesialgassblandinger for å oppfylle de nøyaktige kravene til ulike prosesser.

● Partikkelfiltreringsteknologi, inkludert testing og filtrering av partikler så små som 0,01–0,002 μm.

Ta ammoniakk, den mest brukte gassen i LED-industrien: renheten har utviklet seg fra elektronisk kvalitet (5N) til 5,5N og 5,7N, og nå til «blå ammoniakk» (6,4N), som brukes mye i produksjon av galliumnitrid.

Fordi forurensninger som fuktighet og hydrokarboner er strengt begrenset, mens de fleste spesialgassene er kjemisk aktive og dermed vanskelige å holde rene, har gassrenhet og pålitelighet i forsyningsystemer blitt toppprioriteter for halvlederprodusenter.