Epitaksial təbəqələr yarımkeçirici cihazlara necə kömək edir?

Epitaksial vafli adının mənşəyi

Əvvəlcə kiçik bir konsepsiyanı populyarlaşdıraq: vafli hazırlanması iki əsas əlaqəni əhatə edir: substratın hazırlanması və epitaksial proses. Substrat yarımkeçirici monokristal materialdan hazırlanmış vaflidir. Substrat yarımkeçirici cihazları istehsal etmək üçün birbaşa vafli istehsal prosesinə daxil ola bilər və ya epitaksial vafli istehsal etmək üçün epitaksial proseslərlə emal edilə bilər. Epitaksiya kəsmə, üyüdülmə, cilalama və s. yolu ilə diqqətlə emal edilmiş bir kristal substratda yeni tək kristal təbəqəsinin yetişdirilməsi prosesinə aiddir. Yeni monokristal substratla eyni material ola bilər və ya bir kristal ola bilər. müxtəlif material (homogen) epitaksiya və ya heteroepitaksiya). Yeni monokristal təbəqəsi substratın kristal fazasına uyğun olaraq uzandığı və böyüdüyü üçün ona epitaksial təbəqə deyilir (qalınlığı adətən bir neçə mikrondur, silisiumu misal götürür: silisium epitaksial böyüməsinin mənası tək silikon üzərindədir. müəyyən bir kristal oriyentasiyaya malik kristal substratı yaxşı qəfəs strukturu bütövlüyü və eyni ilə fərqli müqavimət və qalınlığa malik kristal təbəqəsi. substrat böyüdükcə kristal oriyentasiya) və epitaksial təbəqə ilə substrat epitaksial vafli adlanır (epitaksial vafli = epitaksial təbəqə + substrat). Cihaz epitaksial təbəqə üzərində hazırlandıqda, ona müsbət epitaksiya deyilir. Cihaz substratda hazırlanırsa, əks epitaksiya adlanır. Bu zaman epitaksial təbəqə yalnız köməkçi rol oynayır.

Cilalanmış vafli

Epitaksial böyümə üsulları

Molekulyar şüa epitaksiyası (MBE): Bu, ultra yüksək vakuum şəraitində həyata keçirilən yarımkeçirici epitaksial böyümə texnologiyasıdır. Bu texnikada mənbə materialı atomlar və ya molekullar şüası şəklində buxarlanır və sonra kristal bir substrata yerləşdirilir. MBE çox dəqiq və idarə oluna bilən yarımkeçirici nazik təbəqənin böyüməsi texnologiyasıdır ki, atom səviyyəsində yığılmış materialın qalınlığını dəqiq idarə edə bilir.
Metal üzvi CVD (MOCVD): MOCVD prosesində lazımi elementləri ehtiva edən üzvi metal və hidrid qazı N qazı substrata müvafiq temperaturda verilir, tələb olunan yarımkeçirici materialı yaratmaq üçün kimyəvi reaksiyaya məruz qalır və substratda çökdürülür. üzərində, qalan birləşmələr və reaksiya məhsulları boşaldılır.
Buxar fazasının epitaksiyası (VPE): Buxar fazasının epitaksiyası yarımkeçirici cihazların istehsalında geniş istifadə olunan mühüm texnologiyadır. Əsas prinsip elementar maddələrin və ya birləşmələrin buxarının daşıyıcı qazda daşınması və kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə kristalların substratda yerləşdirilməsidir.

Epitaksiya prosesi hansı problemləri həll edir?

Yalnız toplu monokristal materiallar müxtəlif yarımkeçirici cihazların istehsalının artan ehtiyaclarını ödəyə bilməz. Buna görə də, 1959-cu ilin sonunda nazik qatlı monokristal materialın böyüməsi texnologiyası olan epitaksial böyümə işlənib hazırlanmışdır. Beləliklə, epitaksiya texnologiyasının materialların inkişafına hansı xüsusi töhfəsi var?

Silikon üçün, silikon epitaksial böyümə texnologiyası başlayanda, silikon yüksək tezlikli və yüksək güclü tranzistorların istehsalı üçün həqiqətən çətin bir dövr idi. Tranzistor prinsipləri baxımından yüksək tezlik və yüksək güc əldə etmək üçün kollektor sahəsinin qırılma gərginliyi yüksək olmalıdır və sıra müqaviməti kiçik olmalıdır, yəni doyma gərginliyinin düşməsi kiçik olmalıdır. Birincisi, toplama sahəsindəki materialın müqavimətinin yüksək olmasını, ikincisi isə toplama sahəsindəki materialın müqavimətinin aşağı olmasını tələb edir. İki vilayət bir-birinə zidddir. Kollektor sahəsindəki materialın qalınlığı seriyalı müqaviməti azaltmaq üçün azaldılırsa, silikon vafli emal üçün çox nazik və kövrək olacaqdır. Materialın müqaviməti azalarsa, bu, birinci tələbə zidd olacaq. Bununla belə, epitaksial texnologiyanın inkişafı uğurlu olmuşdur. bu çətinliyi həll etdi.

Həll yolu: Çox aşağı müqavimətli substratda yüksək müqavimətli epitaksial təbəqə yetişdirin və cihazı epitaksial təbəqədə düzəldin. Bu yüksək müqavimətli epitaksial təbəqə borunun yüksək qırılma gərginliyinə malik olmasını təmin edir, aşağı müqavimətli substrat isə substratın müqavimətini azaldır, bununla da doyma gərginliyinin düşməsini azaldır və bununla da ikisi arasındakı ziddiyyəti həll edir.

Bundan əlavə, GaAs və digər III-V, II-VI və digər molekulyar mürəkkəb yarımkeçirici materialların buxar fazasının epitaksiyası və maye fazasının epitaksiyası kimi epitaksiya texnologiyaları da çox inkişaf etdirilmiş və əksər mikrodalğalı cihazların, optoelektronik cihazların, enerjinin əsasını təşkil etmişdir. Cihazların istehsalı üçün əvəzolunmaz bir proses texnologiyasıdır, xüsusən də molekulyar şüa və metal üzvi buxar fazalı epitaksiya texnologiyasının nazik təbəqələrdə uğurla tətbiqi. təbəqələr, super qəfəslər, kvant quyuları, gərginləşdirilmiş super şəbəkələr və yarımkeçiricilərin tədqiqatında yeni bir addım olan atom səviyyəli nazik qatlı epitaksiya. Sahədə “enerji kəməri mühəndisliyi”nin inkişafı möhkəm zəmin yaratmışdır.

Praktik tətbiqlərdə geniş diapazonlu yarımkeçirici qurğular demək olar ki, həmişə epitaksial təbəqədə hazırlanır və silisium karbid vafli özü yalnız substrat kimi xidmət edir. Buna görə də, epitaksial təbəqənin idarə edilməsi geniş diapazonlu yarımkeçirici sənayenin mühüm hissəsidir.

Epitaksiya texnologiyasında 7 əsas bacarıq

1. Yüksək (aşağı) müqavimətli epitaksial təbəqələr aşağı (yüksək) müqavimətli substratlarda epitaksial olaraq yetişdirilə bilər.
2. N (P) tipli epitaksial təbəqə birbaşa PN qovşağı yaratmaq üçün P (N) tipli substratda epitaksial olaraq yetişdirilə bilər. Tək kristal substratda PN qovşağı yaratmaq üçün diffuziya metodundan istifadə edərkən kompensasiya problemi yoxdur.
3. Maska texnologiyası ilə birlikdə selektiv epitaksial artım təyin olunmuş ərazilərdə həyata keçirilir, inteqral sxemlərin və xüsusi strukturlara malik cihazların istehsalına şərait yaradır.
4. Dopinqin növü və konsentrasiyası epitaksial böyümə prosesi zamanı ehtiyaclara uyğun olaraq dəyişdirilə bilər. Konsentrasiyanın dəyişməsi ani dəyişiklik və ya yavaş dəyişiklik ola bilər.
5. O, heterojen, çox qatlı, çoxkomponentli birləşmələr və dəyişkən komponentlərlə ultra nazik təbəqələr yetişdirə bilər.
6. Epitaksial artım materialın ərimə nöqtəsindən aşağı temperaturda həyata keçirilə bilər, böyümə sürəti idarə edilə bilər və atom səviyyəsində qalınlığın epitaksial böyüməsinə nail olmaq olar.
7. O, çəkilə bilməyən monokristal materialları, məsələn, GaN, üçüncü və dördüncü birləşmələrin monokristal təbəqələri və s.