- Advertisement -Newspaper WordPress Theme
Dự án công nghệVật liệu bán dẫn A3B5

Vật liệu bán dẫn A3B5

1. Tên nhiệm vụ KH&CN
Nghiên cứu, chế tạo vật liệu bán dẫn mới A3B5 bằng công nghệ nano-epitaxy

2. Tính cấp thiết
Phân tích, đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và của đối tác về nội dung nghiên cứu của nhiệm vụ (kết quả, thành tựu trong nghiên cứu khoa học, thành tựu ứng dụng kết quả trong thực tiễn đóng góp cho sự phát triển kinh tế xã hội, …)
Các vật liệu bán dẫn bình thường là các chất cách điện khe vùng nhỏ (band gap insulators). Thuộc tính xác định của vật liệu bán dẫn là nó có thể được pha tạp với các tạp chất làm thay đổi tính chất điện tử của nó theo một cách có thể điều khiển được.
Do ứng dụng của các chất bán dẫn trong ngành công nghiệp máy tính và quang điện – trong các thiết bị như bóng bán dẫn, laser và pin mặt trời – việc tìm kiếm vật liệu bán dẫn mới và cải tiến vật liệu hiện có là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học vật liệu.
Vật liệu bán dẫn thường được sử dụng nhất là các chất rắn vô cơ tinh thể. Các vật liệu này được phân loại theo các nhóm bảng tuần hoàn của các nguyên tử cấu thành của chúng.
Các vật liệu bán dẫn khác nhau khác nhau về tính chất của chúng. Vì vậy, so với silicon, chất bán dẫn phức hợp có cả ưu điểm và nhược điểm.

Ví dụ, gallium arsenide (GaAs) có tính di động cao gấp 6 lần so với silicon, cho phép vận hành nhanh hơn; khe vùng rộng hơn, cho phép vận hành các thiết bị nguồn ở nhiệt độ cao hơn, và giảm tiếng ồn nhiệt xuống các thiết bị công suất thấp ở nhiệt độ phòng; khe vùng trực tiếp (direct band gap) của nó mang lại cho nó các đặc tính quang điện thuận lợi hơn so với khe vùng gián tiếp (indirect band gap) của silic; nó có thể được hợp kim hoá thành các thành phần bậc ba và bậc bốn, với độ rộng khe vùng có thể điều chỉnh được, cho phép phát xạ ánh sáng ở các bước sóng được chọn, và cho phép ví dụ phù hợp với bước sóng với tổn thất thấp nhất trong sợi quang.
GaAs cũng có thể được phát triển ở dạng bán cách điện, thích hợp làm chất nền cách điện phù hợp với mạng lưới cho các thiết bị GaAs. Ngược lại, silicon mạnh mẽ, giá rẻ và dễ xử lý, trong khi GaAs thì dễ vỡ và đắt tiền, và các lớp cách nhiệt không thể được tạo ra bằng cách chỉ phát triển một lớp oxit; GaAs do đó chỉ được sử dụng khi silicon không đủ.
Bằng cách hợp kim hoá nhiều hợp chất, một số vật liệu bán dẫn có thể điều chỉnh được, ví dụ, trong khe vùng hoặc hằng số mạng. Kết quả là tạo ra thành phần tam phân, tứ phân hoặc thậm chí ngũ phân (quinary compositions).
Thành phần tam phân cho phép điều chỉnh khe vùng trong phạm vi các hợp chất nhị phân có liên quan; tuy nhiên, trong trường hợp kết hợp các vật liệu khe vùng trực tiếp và gián tiếp, có một tỷ lệ mà ở đó khe vùng gián tiếp chiếm ưu thế, hạn chế phạm vi có thể sử dụng cho quang điện tử; ví dụ, đèn LED AlGaAs được giới hạn tới 660 nm bằng cách này.
Hằng số mạng của các hợp chất cũng có xu hướng khác nhau, và mạng không phù hợp (mismatch) với chất nền, phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn, gây ra các khuyết tật về số lượng phụ thuộc vào độ lớn không phù hợp; điều này ảnh hưởng đến tỷ lệ tái tổ hợp bức xạ/không bức xạ (radiative/nonradiative) đạt được và xác định hiệu quả phát sáng của thiết bị.
Các thành phần tứ phân và cao hơn cho phép điều chỉnh đồng thời khe vùng và hằng số mạng, cho phép tăng hiệu quả phát sáng ở phạm vi rộng hơn của các bước sóng; ví dụ AlGaInP được sử dụng cho đèn LED. Các vật liệu trong suốt với bước sóng ánh sáng tạo ra là lợi thế, vì điều này cho phép tách các photon từ phần lớn vật liệu hiệu quả hơn. Tức là, trong các vật liệu trong suốt như vậy, việc sản xuất ánh sáng không chỉ giới hạn ở bề mặt. Chỉ số khúc xạ cũng phụ thuộc vào thành phần và ảnh hưởng đến hiệu quả tách photon từ vật liệu.
Hiện nay, trên thế giới các công ty Hamamatsu (Nhật Bản) và Epitaxx (Mỹ) có thể sản xuất các photodiode hồng ngoại trung (mid-infrared spectral range).

Viện Vật lý Kỹ thuật A.F. Ioffe thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, St. Petersburg, Liên bang Nga là viện hàng đầu về vật lý tại Liên bang Nga, đã phát triển thành công photodiode tốc độ cao (lên đến 2-5 MHz) dựa trên dung dịch rắn GaInAsSb/AlGaAsSb dành cho dải sóng quang phổ 1,6-2,4 micron, và photodiode sóng dài làm việc ở nhiệt độ phòng dựa trên Inas/InAsSbP là dành cho dải sóng hồng ngoại 2 -5 micron.
Viện Vật lý Kỹ thuật A.F. Ioffe là Viện đi đầu trên thế giới về vật liệu bán dẫn mới trên nền A3B5.
Do đó, việc triển khai dự án là rất cấp thiết. Việc nhanh chóng nghiên cứu, đi thẳng vào vật liệu bán dẫn trên nền A3B5 băng công nghệ nano-epitaxy là rất cần thiết, nhưng đang vấp phải khó khăn về know-how công nghệ, nguồn nhân lực và kinh nghiệm, cũng như kiến thức.
3. Luận cứ năng lực tổ chức thực hiện
Viện Vật lý Kỹ thuật Ioffe là một trong những trung tâm khoa học lớn nhất ở Nga, trong đó cả nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trong các lĩnh vực quan trọng nhất của vật lý và công nghệ hiện đại đang được tiến hành rộng rãi.
Viện Vật lý Kỹ thuật A.F. Ioffe thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, St. Petersburg, Liên bang Nga là viện hàng đầu về vật lý tại Liên bang Nga, viện có nhiều bằng độc quyền sáng chế liên quan đến công nghệ chất bán dẫn mới A3B5, đèn LED hồng ngoại trung. Viện Vật lý Kỹ thuật A.F. Ioffe là Viện đi đầu trên thế giới về vật liệu bán dẫn mới trên nền A3B5.
Viện Công nghệ VinIT đang có quan hệ hợp tác tốt với Viện Vật lý Kỹ thuật A.F. Ioffe, do đó khả năng phối hợp nghiên cứu và tiếp nhận chuyển giao công nghệ trong lĩnh vực công nghệ cao này là rất lớn, xác suất thành công cao.


4. Mục tiêu
Tạo ra vật liệu bán dẫn mới A3B5 bằng công nghệ nano-epitaxy dùng cho công nghiệp điện tử
Đào tạo và xây dựng nguồn nhân lực công nghệ cao về vật liệu bán dẫn mới
5. Những nội dung KH&CN cần giải quyết
– Nghiên cứu cơ bản về tính năng, cấu trúc của vật liệu AlGaN;
– Nghiên cứu phát triển AlGaN trong lò phản ứng phòng thí nghiệm Epiquip;
– Nghiên cứu phát triển AlGaN trong lò phản ứng bán công nghiệp AIX2000HT;
– Nghiên cứu tính chất photodiode hồng ngoại trung loại pin tốc độ cao dựa trên heterojunction khe vùng hẹp bán dẫn A3B5;
– Nghiên cứu cấu trúc photodiode hồng ngoại trung loại pin tốc độ cao dựa trên heterojunction khe vùng hẹp bán dẫn A3B5;
– Nghiên cứu tính chất và phạm vi ứng dụng infrared light emitting diodes photodiodes.;
– Nghiên cứu chế tạo photodiode hồng ngoại trung loại pin tốc độ cao dựa trên heterojunction khe vùng hẹp bán dẫn A3B5
– Nghiên cứu ứng dụng photodiode hồng ngoại trung loại pin tốc độ cao dựa trên heterojunction khe vùng hẹp bán dẫn A3B5 trong việc chế tạo ra các máy phân tích quang xách tay sử dụng trong việc theo dõi sinh thái và chẩn đoán y khoa;
– Nghiên cứu chế thử máy phân tích quang xách tay giám sát sinh thái, chẩn đoán y khoa;
– Tiếp nhận chuyển giao công nghệ chế tạo photodiode hồng ngoại trung trên nền A3B5;
6. Dự kiến sản phẩm tạo ra
Sản phẩm tạo ra bao gồm:
– Các báo cáo nghiên cứu tính năng, cấu trúc của vật liệu AlGaN, phát triển AlGaN , tính chất photodiode hồng ngoại trung, v.v…
– Tổng kết, viết báo cáo khoa học.,
– 10 photodiode hồng ngoại trung loại pin tốc độ cao dựa trên heterojunction khe vùng hẹp bán dẫn A3B5 đạt trình độ tiên tiến thế giới.
– 01 máy phân tích quang xách tay giám sát sinh thái, chẩn đoán y khoa;

7. Khả năng ứng dụng
Kết quả hợp tác tạo ra tạo photodiode hồng ngoại trung trên nền A3B5 sẽ là cuộc cách mạng công nghệ trong lĩnh vực photodiode hồng ngoại, có thể áp dụng trong việc chế tạo nhiều thiết bị điện tử, cũng như trong nhiều lĩnh vực đặc chủng, quốc phòng và dân dụng khác.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Exclusive content

Latest article

More article