利用Nb2N所具有的选择性蚀刻属性，开发了一种外延剥离(ELO)技术，可将Ⅲ-N材料、器件或电路转移到另一个衬底上(参见图1的综述)。高技术首先需要制作一个Nb2N/SiC模板，在进行传统的前端工艺步骤之前先用外延制作好Ⅲ-N异质结构，以形成器件或电路。随后进行电测试和/或良率筛选，用于识别的哪些已知是好的器件或电路来用于转移。对掩模层进行器件图形化以便于实现ELO，利用深层台面干法蚀刻来暴露出Nb2N埋层。在利用XeF2进行释放蚀刻步骤之前，先将光致抗蚀胶固定并对其顶部保护层进行图形化，来将器件临时固定在一个适当位置上。
图1 外延剥离（ELO）技术，它可以应在于Nb2N/SiC上生长的GaN HEMT器件结构的制作工艺中。
微转印( micro-transfer printing)是一项用于转移系链器件的技术。该技术由美国Ⅲinois大学，现西北大学的John Rogers团队率先开发，该技术已实现了商业化。它的关键技术是使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性“印章”从源晶圆拾取器件，并将它转移放置在目标衬底上。
这种方法具有很大的操作自由度，因为PDMS“印章”可以定制成各种客户所需的形状和尺寸，来确定PDMS“印章”和分离释放器件之间的接触面积。此外，PDMS“印章”还可实现多个器件的批量式转移。
在进行器件转移时，PDMS“印章”先与需转移的器件接触，随后“印章”回缩以彻底打破器件与源晶圆的系链，并使器件能粘附在PDMS“印章”上而与源晶圆完全分离。为了将器件转移到目标衬底上(可以是另一个半导体晶圆，或玻璃、纸、金属或任何其他材料)，此时粘附着器件的弹性“印章”与新的衬底进行接触，此时“印章”还需要作一定程度的横向(剪切)运动并以较慢的速度回缩，以减小器件和“印章”间的粘附力，最终将器件放置并驻留在目标衬底上。
在器件转移之前，可以通过在目标衬底上涂覆粘合剂薄层来改善器件与衬底间的粘合性。随后也可以进一步对已经转移器件的目标衬底进行处理，这是由于转移器件的放置精度优于2μm。
在使用ELO将器件转移到目标衬底之后，我们对N极性HEMT的电性能进行了评估。为了提高器件与目标衬底的粘合性，我们在转移过程前线涂数了一层厚为80nm的层间介电聚合物层。
我们进行了电学测量来比较与不同目标衬底结合的器件的性能(参见图2，其中包括硅上转移器件的扫描电子显微图)。经释放转移后器件的漏极电流数值有所下降可能是由器件自身的热效应引起的，这可以归因于器件/衬底接合界面处的热阻，以及与目标衬底之间的热导率差异所致。
图2. (左图)转移到硅村底和80nm层间电介质上的N-极性GaN HEMT(2×75μm)的扫描电子显微镜照片。(右图)用层间绝缘胶粘结各种村底后器件的传输特性。1.5μm厚粘接层器件传输曲线轻微向下是由器件金属电极合金化工艺的应力所致，因为未经加工的Ⅲ-N异质结构材料的释放区域相对较为平坦，且具有与目标衬底的优良结合特性。目前正在对残余应力进行调查和寻求解决措施，期望通过改变所释放器件薄层的几何形状，和或改变临时外部应变补偿光刻胶层或介电层，来在粘合步骤期间中减小它的弯向程度。
在电路设计师的理想世界中，最佳解决方案的要义包括能将不同技术/材料实现无缝的结合，就像将五彩的乐高积木搭建成为一个整体。然而，这种异构整合的念还远未能达到完全实现。
其中主要的障碍之一是在于，用于确保电子材料高质量生长的衬底往往与关键设计目标(例如低热阻和成本)并不兼容。
应用机会的评估
由于将Nb2N作为ELO的牺牲层是一种全新的想法，因此很难预测其对化合物半导体的影响。然而，Nb2N在以下几个方面确实有着它的发展潜力:可用来制造提升了散热性能的射频功率放大器；为异构整合提供一种新的工艺途径；柔性衬底上制作LED器件以及下一代无线通信中具有更高频率的RF滤波器。我们将一一讨论在这些方面的应用。
基于GaN的MMIC的最大弱点之一是，其性能虽然明显超越传统Ⅲ-V，但它在功率方面还存在如降低了峰值结温，易造成芯片早期故障等问题。为了解决这个缺点，研究者们提出了几个解决方案，以改进 GaN HEMT的热管理性能，例如DARPA近结端热传输(NJTT)和芯片间和芯片内的增强冷却( ICECool)等方法。而利用我们的技术采用的是一个与NJTT相类似的方法，是将器件或MMIC膜层从SiC衬底转移到单晶金刚石晶圆上。这将使得器件能置于导热率高五倍的衬底上，从而改善了芯片的热管理性能。据模拟结果显示，即使当GaN器件和金刚石之间的层间电介质为40nm厚度时，芯片依旧具有优越的散热性能(参见图3)。
图3 对在SiC衬底上的20×150μm GaN HEMT(左图)和具有40nm层间电介质层单晶金刚石衬底上器件(右图)进行的热学模拟。
我们异构电路的ELO工艺可以使得每个电路功能都能采用最为合适的材料。 DARPA正在通过多种可行异构集成(DAHI)项目来在该领域进行努力，该项目涉及GaN功率放大器与其他半导体技术(如硅CMOS，InP和SiGe)的集成问题。
使用ELO可把GaN电路或器件直接转移到硅衬底上，所增加的前端工艺能以高的效益成本比来制作具有最短信号通路的混合型电路。如果在转移之后再能加工出器件的通孔，则可以提供器件间的垂直连接通路。
作为一热门产业的可穿戴式显示器，也可从我们的技术中受益。如今，在柔性衬底上制造微型LED显示器的需求正在增加。这就需要先在SiC衬底上生长和制备高品质的Ⅲ-N LED器件，然后再使用我们的ELO工艺将这些器件转移到玻璃或塑料衬底上。所释放的LED经光刻加工后其图形具有很小像素及节距尺寸，仅有几微米左右，而我们的ELO工艺可以去除和回收AlN块体衬底材料，这将会使器件的深紫外的性能大为受益，因为AlN块体衬底会吸收LED发射的紫外线，导致降低了LED的效率。
我们技术的另一个应用对象将会是无线领域。无线领域目前所面临的情况是:电磁频谱内频带分布越来越拥挤，这正在通过更为智能化的带宽管理技术来给予解决。实现智能带宽管理的关键技术是需要能在S波段以上运行的可重构、小型化和高品质因子的滤波器。这种滤器需求量很大，但是难以实现量产，其原因是现代手机中的双向器的制作所需要的一种AlN膜层，它是由溅射工艺形成，材料质量很差。该膜层厚度只有几十分之一微米，由于该材料的质量问题，使得远超几千兆赫的体声波(BAW)和轮廓模式谐振(CMR)滤波器的中心工作频率无法得以提升。而我们的Nb2N模板技术可以解决这个问题:它可以生长出厚度小于200nm的高结晶质量AIN膜层，或者改进例如ScAlN等压电材料的生长质量。这些薄膜可以通过部分去除位于其下方的Nb2N膜层来使其处于悬浮状态。为了评估这些器件的潜在性能，我们模拟了200nm厚度AlN的CMR特性，结果见图4。
图4 对单晶AlN轮廓模式谐振器的仿真，它可以作为数GHz无线通信的滤波器。
我们的Nb2N技术除了能提供以上可能应用之外，它还可以将Ⅲ-V与许多不同类型材料(如纸张和塑料)进行整合。由于ELO技术可与微转移技术相兼容，人们可以想像今后的LED显示屏将会成为一张纸，或能将功率放大器和天线集成到汽车的挡风玻璃上。
Nb2N也将会在新能源和医疗领域获得应用，包括在柔性塑料衬底上对多结太阳能电池进行微组装，或在生物可吸收聚合物上形成具有高数据传输速率的无线通信电路。为了展示将器件转移到不同类型衬底上的应用潜力，我们将我们的一个N极性 GaN HEMT转移到了木值标尺上(参见图5，器件的静态和脉冲漏极电流曲线)。
图5 转移到木尺上的非门N极性GaN HEMT器件的静态和脉冲电流-电压特性
我们感到非常高兴能够探索Nb2N技术在Ⅲ-N上的应用。Nb2N可用于ELO和转移技术，与采用离子注入或光电化学蚀刻的剥离方法相比，Nb2N具有许多优点。我们的ELO除了能生长出原子级别光滑膜层，所释放的器件或电路背面可立即进行键合以外，它还可以实现对衬底材料的无限次循环使用，从而显著降低了成本。
据预测，Nb2N和AlN的热力学稳定性温度高达1500℃。利用Nb2N具有的这一高热力学稳定性，结合典型的Ⅲ-N生长方法，就能够制备出标准的器件异质结构，它具有后续加工艺所需的高热预算。虽然在微电子学领域中，外延导体材料仍属于相对尚未开发的技术前沿，但很容易想象它在未来将有着广泛的应用前景。