En KAUST kemisk reaktor som arbetar vid extremt höga temperaturer kan förbättra effektiviteten och ekonomin för en vanlig process inom halvledarindustrin, med fördelar för Saudiarabiens kemiska industri.

Produktionen av halvledare är beroende av epitaxy, en process som skapar högkvalitativa enkristallmaterial genom att lagra atomer på en skiva lager för lager, styr tjockleken med atomprecision. Den vanligaste metoden för epitaxi är metallorganisk kemisk ångavsättning, eller MOCVD. Rena ångor av organiska molekyler som innehåller de önskade atomerna - t.ex. bor och kväve när det gäller bornitrid - injiceras i en reaktionskammare. Molekylerna sönderdelas på en uppvärmd skiva för att lämna halvledarens atomer bakom ytan, som binder både till varandra och wafern för att bilda ett kristallskikt.

Ph.D. student Kuang-Hui Li och ett team under ledning av Xiaohang Li vid KAUST utvecklar en MOCVD-reaktor som effektivt kan arbeta vid extremt höga temperaturer för att skapa högkvalitativa bornitrid- och aluminiumnitridmaterial och -enheter som är särskilt lovande för flexibel elektronik, ultraviolett optoelektronik och kraftelektronik.

Epitaxin av högkvalitativ bornitrid och aluminiumnitrid har varit en stor utmaning för den konventionella MOCVD-processen, som vanligtvis fungerar under 1200 grader Celsius. Epitaxy av dessa material svarar bäst på temperaturer över 1600 grader Celsius; dock, de vanligaste resistenta värmare är inte tillförlitliga vid dessa temperaturer.

Även om induktionsvärmare kan nå dessa temperaturer, uppvärmningseffektiviteten för den konventionella designen är låg. Eftersom den förlorade energin kan överhetta gasinloppet, den måste placeras långt bort från skivan, vilket är problematiskt för högkvalitativ bornitrid och aluminiumnitrid på grund av partikelgenerering och lågt utnyttjande av organiska molekyler.

KAUST-teamet har utvecklat en innovativ och billig induktionsvärmestruktur för att lösa dessa problem. "Vår design kan avsevärt förbättra enhetligheten för upp till 12-tums wafers och minska partikelgenereringen, vilket är avgörande för högkvalitativt material och enhetstillverkning, " säger Kuang-Hui. "Det låter oss också upptäcka nya material."

Resultaten visar en signifikant ökning av värmeeffektiviteten och minskad bortkastad energi. "Denna utrustningsforskning involverar många discipliner och är mycket komplex. historien har visat att utrustningsinnovation är nyckeln till vetenskapliga genombrott och industriell revolution, " säger Xiaohang Li. "Ett mål med forskningen är att sätta upp MOCVD-tillverkningsaktiviteter som kan integreras i den enorma kemiska industrin i Saudiarabien."