Der Herstellungsprozess von Teraherz-Kristallen unterscheidet sich je nach Anwendungsbereich (z. B. Kommunikation, Bildgebung, Spektroanalyse usw.) und Materialtyp (Halbleiter, nichtlineare optische Kristalle, Ferroelektrode usw.).

Hier sind einige der gängigen Technologien zur Herstellung von Terahertz-Kristallen und ihre wichtigsten Schritte:

1. Wachstumsmethode (für große Monokristalle geeignet)

Die Czochralski Methode (Czochralski Methode)

Prinzip: Durch die präzise Steuerung des Temperaturgradients wird ein hochwertiger Einzelkristall aus der flüssigen Schmelzphase langsam gezogen.

Anwendungsmaterialien: GaP, GaAs, InP und andere III-V-Halbleiter; Es kann auch für einige Oxidkristalle (wie Sapphire) verwendet werden.

Prozesspunkte:

Verwendung von RF-Induktionsheizung oder Widerstandsbeheizung, um Rohstoffe im Tiegel zu schmelzen;

Rotierender Samenkristall zur gleichmäßigen Massentrantragung, die Ziehgeschwindigkeit beträgt in der Regel 0,1 ~ 2 mm / h;

Schutz von Inertgasen vor oxidativer Verschmutzung;

Die Nachbehandlung umfasst die Entfernung der Wärmespannung durch das Brühen.

Vorteile: Einkristalle mit großem Durchmesser und niedriger Mängeldichte können angebaut werden, die für die Massenproduktion geeignet sind.

Herausforderung: Das Risiko der Komponentenpolarisierung ist hoch und die Verunreinigungskonzentration (<1 ppm) muss streng kontrolliert werden.

Die Bridgman Technik

Eigenschaften: Vertikal oder horizontal orientierte Kondensation der Schmelze, die den Temperaturgradienten verwendet, um das kristallorientierte Wachstum zu erreichen.

Verbesserte Version: Zweizonenschmelzmethode zur Reduzierung der Einführung von Verunreinigungen; Die Einrichtung von Magnetfeldern unterdrückt die Konversion, um die Gleichmäßigkeit zu verbessern.

Ausrüstungsanforderungen: Hochpräzises Temperaturregelsystem (± 0,1 ℃), Vakuumdichtetes Ofenhofen.

Schwimmende Zone (Floating Zone, FZ)

Einzigartigkeit: Kein Tiegelkontakt, Rohstoffe durch Hochfrequenzspulen lokal schmelzen und den Schmelzbereich bewegen, um gereinigt und kristallisiert zu werden.

Anwendungsbereich: hochreine Silizium-Monokristalle (für THz-Detektor-Substrate), bestimmte schmelzbare Intermetallverbindungen.

Vorteile: Vermeiden Sie die Einführung von Verunreinigungen in Behälter, geeignet für die Herstellung von ultrareinen Materialien; Die Ausrüstung ist jedoch komplex und energieintensiv.

Thertz-Kristallphysikalische Gasphase-Ablagerung (PVD)

Molekuläre Strahlenpitaxie (MBE)

Kernmechanismus: Unter ultrahohem Vakuum setzt sich die Elementsquelle in einem atomaren Strahlstrom auf die Substratoberfläche ab, um eine dünne Folie zu bilden.

Typische Parameter: Basistemperatur 300-600 ° C, Wachstumsrate 0,1-1 nm / s; Ausgestattet mit Reflexion High Energy Electronic Diffractor (RHEED).

Repräsentative Materialien: GaAs / AlGaAs Quantenfälle Struktur, Graphen-Hexagonale Bornitrid Heterogen.

Vorteile: Die Präzisionskontrolle der Dopingkonzentration und der Schnittstelleneigenschaften der Atomschicht ermöglicht die Konstruktion von überleitenden THz-Geräten.

Einschränkungen: hohe Kosten, niedrige Produktion und nur für Forschung und Entwicklung in Laborgröße geeignet.

Pulsed Laser Deposition (PLD) ist

Prozessbeschreibung: Der fokussierte Impulslaser bombardiert das Ziel und erzeugt Plasmafederförmer, die auf dem Substrat zu einer Membran kondensieren.

Prozessoptimierungspunkt: Einstellung der Laserenergiedichte, Hintergrundgasdruck (Sauerstoffteildruckregulierung der Leitfähigkeit); Mehrschichtige Kompositstrukturen mit mehreren Zielablagerungen.

Hinweis: Es ist notwendig, Partikelspritzverschmutzung zu schützen, und die Gleichmäßigkeit kann mit einem gescannten Laserfleck erweitert werden.

Magnetronsputterung (Magnetronsputtering)

Arbeitsmechanismus: Argon-Ionen bombardieren das Ziel, so dass seine Atome entfliehen und sich in einem Tieftemperaturuntergrund absetzen.

Besondere Vorteile: Kompatibel mit den Tieftemperaturprozessen mit flexiblen Substraten (PET/PI), geeignet für eine homogene Beschichtung großer Flächen.

Änderungsstrategie: Reaktionsspritzung durch Einführung von Stickstoff zur Bildung von Keramikbeschichtungen mit Nitrididen; Das chemische Verhältnis der gemeinsamen Sputterung wird angepasst.

Häufige Probleme und Lösungen: Säulenförmige Kornstruktur führt zu hohen Porositäten → erhöhte Partidruck verstärkt Ionenbombardierung Dichtung.

3. Thertz-Kristallchemische Lösungswege

1. Wasserwärme / Lösungsmittelthermische Synthese

Reaktionsbedingungen: in einem geschlossenen Hochdruckkasten, bei einer Temperatur von 150 bis 250 ° C, fördert die Wasserlösung unter natürlichem Druck das Wachstum der Kristallkerne.

Besondere Anwendungen: ZnO-Nano-Draht-Array, Titanat-Nanoröhren; Die Form kann durch Zugabe von Oberflächenaktiven reguliert werden.

Vorteile: Die einfache und kostengünstige Ausrüstung und die einfache Zugänglichkeit von nanoscale-exotischen Strukturen verbessern die THz-Reaktion.

Flaschenhals-Durchbruch: Die Entwicklung von Mikrowellen-Assisted Heating verkürzt die Reaktionszeit in wenigen Stunden.

Solgel-Verfahren (Sol-Gel-Verfahren)

Schrittübersicht: Metallalkohol-Hydrolyse zur Bildung eines nassen Gels → Trocknungshärtung → Wärmebehandlung zur Entfernung von organischen Rückständen.

Schlüsselkontrollfaktor: pH-Werte regulieren die Koloid-Stabilität; Chelationsmittelauswahl beeinflusst die Netzwerkstruktur; Das Sintersystem bestimmt die Dichte.

Einschränkungen: Die Kontraktionsrate ist leicht zu brechen und es ist notwendig, Porierungsmittel hinzuzufügen, um die Mikrostruktur zu verbessern.