Användningen av specialgaser inom LED-optoelektronikindustrin

Epitaxi erkänns allmänt som den centrala steget i tillverkningen av LED-chip. Kvaliteten på epitaxiprocessen avgör direkt ljusutbytet, våglängdsenheter och livslängden för LED-chip. Denna kritiska process stöds av ett mycket precist specialgasystem.

När nya visningsteknologier, såsom Mini LED och Micro LED, utvecklas snabbt ökar kraven på tillverkningsmiljöer och processmaterial hela tiden. Renheten, stabiliteten och leveranssäkerheten för specialgaser har blivit nyckelfaktorer som begränsar industriell uppgradering.

Epitaxi: Utgångspunkten för LED-chips "tillväxt"

I LED-branschens värdekedja är epitaxiteknik, -utrustning och -material de tre pelarna för tillverkning av epitaxiala wafers. MOCVD (metallorganisk kemisk ångfasavlagring) är för närvarande den dominerande tekniken för att växa epitaxiala wafers och en etablerad industriell process, och är nu den grundläggande tekniken för produktion av de flesta optoelektroniska material.

Kärnprincipen för MOCVD är att leverera organometalliska föreningar och väteföreningar som innehåller specifika element som precursorer till en reaktionskammare via bärgas. Kemiska reaktioner sker på ett högtempererat substrat, vilket leder till tillväxt av en enfaset epitaxial lagerstruktur. Denna process ställer extremt höga krav på gasrenhet, flödesnoggrannhet och stabilitet.

Den centrala rollen för specialgaser i epitaxial tillväxt

Specialgaser med ultra-hög renhet utför olika funktioner vid epitaxi:

Reaktionsgaser:

● Högrent arsin (AsH3), fosfin (PH3) och ammoniak (NH3) är de främsta reaktionsgaserna och levererar grupp-V-element (arsen, fosfor, kväve) som kombinerar med grupp-III-element för att bilda sammansatta halvledarmaterial.

Dopningsgaser:

● Silan (SiH4) möjliggör n-typ-dopning vid framställning av galliumarsenid och kontrollerar elektriska egenskaper hos epitaxiala lager med hög precision. Väteklorid (HCl) och klor (Cl2) används ofta som ätsgaser för fin ätning och ytbearbetning.

Bärargasar:

● Argon (Ar), kvävgas (N2) och helium (He) transporterar föregångssubstanser till reaktionskammaren samtidigt som de bibehåller en inaktiv processmiljö.

Organiska källor:

● Viktiga organiska källor inkluderar trimetylgalium (TMGa), trimetylindium (TMIn), trimetylaluminium (TMAl), dietilzink (DEZn) och bis(cyklopentadienyl)magnesium (Cp2Mg), vilka tillhandahåller grupp-III-element och p-typ-dopanter.

Renhet: Den avgörande variabeln för LED-kvalitet

När sammansatta halvledartekniker mognar och industrialiseringen accelererar har utvecklingen av ultrarena specialgasar och organiska källor gjort framsteg inom flera områden:

● Djupreningsteknik med flerstegsprocesser för att hålla föroreningar på extremt låga nivåer.

● Ren behandling av cylinder- och rörgårdens insidor genom elektropolering och elektrokemisk polering för att förhindra sekundär kontaminering under gasdistribution.

● Spårspårsdetektering som utvecklats från ppm- och ppb-nivåer mot ppt-nivåer.

● Kontinuerlig förbättring av rening och analys av metallföroreningar på ppt-nivå.

● Avgasbehandling med larmsystem och integrerad miljövänlig gasförsörjning för säkerhet och efterlevnad av miljökrav.

● Högpresisionsformulering av specialgasblandningar för att uppfylla de exakta kraven från olika processer.

● Partikelfiltreringsteknik, inklusive testning och filtrering av partiklar så små som 0,01–0,002 μm.

Ta till exempel ammoniak, den mest använda gasen inom LED-industrin: dess renhet har utvecklats från elektronikgrad (5N) till 5,5N och 5,7N, och nu till "blå ammoniak" (6,4N), som omfattande används vid galliumnitridproduktion.

Eftersom föroreningar såsom fukt och kolväten strikt begränsas, samtidigt som de flesta specialgaser är kemiskt aktiva och svåra att hålla rena, har gasrenhet och tillförlitligheten hos försörjningssystemen blivit högst prioriterade frågor för halvledartillverkare.