Epitaktiset menetelmät GaAs-ohutkalvojen kasvattamiselle teollisella mittakaavalla

Thumbnail Image

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-05-30

Department

Major/Subject

Kemia ja materiaalitiede

Mcode

CHEM3049

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

fi

Pages

38

Series

Abstract

Tässä kandidaatintyössä vertaillaan epitaktisten menetelmien soveltuvuutta yhdistepuolijohteena toimivan galliumarsenidin (GaAs) teolliseen kasvattamiseen ohutkalvoina. Työ toteutettiin vertailevana tutkimuksena pohjautuen tieteellisiin artikkeleihin eri menetelmistä. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää epitaksiaalinen menetelmä, jossa GaAs:n epitaksian hinta, ohutkalvojen laatu sekä skaalautuvuus kohtaisivat toisensa mahdollisimman hyvin. Vertailtavia menetelmiä olivat Molecular Beam Epitaxy (MBE), Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE), Liquid Phase Epitaxy (LPE), Close Spaced Vapor Transport (CSVT) ja Hydride Vapor Phase Epi-taxy (HVPE). Epitaksialla tarkoitetaan kiderakenteen kasvattamista toisen kiderakenteen päälle. Kiderakenteen laatua voidaan perustella esimerkiksi kidevirhepitoisuuksien määrillä, rajapintojen tasaisuuksilla tai avoimen piirin jännitteillä. Samalla epitaktisen menetelmän kerrospaksuuskontrollin perusteella nähdään, mihin sovelluskohteisiin menetelmä soveltuu, sillä sovelluskohteet vaativat eri paksuisia ohutkalvoja. Epitaksian hinta perustuu laitteiston käyttökustannuksiin ja lähtöaineiden hintoihin. Näiden lisäksi skaalautuvuutta voidaan perustella epitaksian kasvunopeuksilla sekä ohutkalvojen kokojen ja kasvatusmäärien perusteella. Vertailevan tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan sanoa, että GaAs-ohutkalvojen kasvattamiselle ei ole täydellistä epitaktista menetelmää johtuen menetelmien yksilöllisistä epävarmuustekijöistä. Joka tapauksessa teknisesti ja taloudellisesti teollisuudessa olisi kannattavinta hyödyntää useaa menetelmää riippuen sovelluskohteesta ja tuotantomääristä.

This bachelor’s thesis compares the suitability of epitaxial methods for the industrial growth of gallium arsenide (GaAs) as thin films. The thesis was conducted as a comparative study based on scientific articles on different methods. The aim of the study was to find an epitaxial method in which the cost of GaAs epitaxy, the quality of thin films and scalability would match each other as well as possible. The methods compared were Molecular Beam Epitaxy (MBE), Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE), Liquid Phase Epitaxy (LPE), Close Spaced Vapor Transport (CSVT) and Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE). Epitaxy refers to the growth of a crystal structure on top of another crystal structure. The quality of the crystal structure can be justified, for example, by the amount of crystal defect concentrations, the smoothness of the interfaces or the open circuit voltage. At the same time, the layer thickness control of the epitaxial method shows which applications the method is suitable for, as the applications require thin films of different thicknesses. The cost of epitaxy is based on the operating costs of the equipment and the prices of the source materials. In addition, the scalability can be justified based on epitaxial growth rates, and the sizes and growth volumes of the thin films. As a conclusion of the comparative study, it can be said that there is no perfect epitaxial method for growing GaAs thin films due to the individual uncertainties of the methods. In any case, technically and economically, it would be most profitable in industry to utilize several methods depending on the application and production volumes.

Description

Supervisor

Nieminen, Minna

Thesis advisor

Franssila, Sami

Keywords

epitaksia, epitaxy, galliumarsenidi, gallium arsenide, yhdistepuolijohteet, compound semiconductors

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506245223

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM