在半导体制造领域，远程外延已经引起了人们的关注，因为它可以生长复制模板晶体结构的薄膜，然后可以剥离形成独立的膜。然而，恶劣的外延条件往往会导致模板材料的损坏，例如在石墨烯/AlN模板上远程外延GaN薄膜的情况下，发光二极管，光电探测器和电力电子器件的有前途的材料。
由于该工艺涉及的高温，标准的金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术尚未实现GaN的远程异质外延。据报道，在高温或MOCVD中使用活性气体等极端环境下，放置在衬底上的石墨烯由于化学不稳定性而受到破坏，从而导致生长的GaN膜无法脱落。
在这种背景下，光州科学技术大学半导体工程系系主任、电子工程与计算机科学学院教授李东生(Dong-Seon Lee)领导的研究小组最近利用MOCVD在石墨烯/AlN模板上使用远程外延生长GaN薄膜，并研究了AlN表面凹陷对这些薄膜生长和脱落的影响。
他们的论文发表在ACS Nano杂志上。
研究人员首先在950°C下进行了5分钟的退火测试，以检查石墨烯在AlN上的热稳定性。基于其结果，他们开发了一种两步法，通过MOCVD在模板上生长GaN薄膜。第一次GaN生长在750°C下进行10分钟，随后第二次生长在1050°C下进行60分钟。
由此生长的氮化镓薄膜的脱落被用作远程外延工艺成功的证明。在750℃下生长的膜可以成功剥离，但在第二步生长后分离失败。
经过深入分析，研究小组发现氮化镓表面的纳米级凹坑导致其附近的石墨烯在高温下降解，从而改变了氮化镓薄膜的生长模式。结果，GaN直接与AlN衬底结合，导致薄膜脱落失败。
“通过这项研究，我们首次揭示了基板中的结构问题也可能导致剥离失败。这些结果证明了模板的化学和地形特性对成功的远程外延的重要性，”Lee教授说。
本研究为远程外延的稳定开发提供了初步的实验数据支持。当被问及当前工作的意义时，李教授说:“在不久的将来，GaN远程外延的实现有望为电动汽车行业提供所需的高质量GaN半导体。由于衬底回收是可能的，预计将改变现有半导体产业的大局。此外，它将有可能克服摩尔定律。”
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希望本篇文章《探讨AIN表面凹坑对GaN远端外延的影响》能对你有所帮助！
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