Як эпітаксіяльныя пласты дапамагаюць паўправадніковым прыладам?

Паходжанне назвы эпітаксіяльнай пласціны

Спачатку давайце папулярызуем невялікую канцэпцыю: падрыхтоўка пласціны ўключае два асноўныя звёны: падрыхтоўка падкладкі і працэс эпітаксіі. Падкладка ўяўляе сабой пласціну з паўправадніковага монакрысталічнага матэрыялу. Субстрат можа непасрэдна ўваходзіць у працэс вытворчасці пласцін для вытворчасці паўправадніковых прыбораў або можа быць апрацаваны з дапамогай працэсаў эпітаксіі для атрымання эпітаксіяльных пласцін. Эпітаксія адносіцца да працэсу вырошчвання новага пласта монакрышталя на монакрышталічнай падкладцы, якая была старанна апрацавана шляхам рэзкі, шліфоўкі, паліроўкі і г. д. Новы монакрышталь можа быць з таго ж матэрыялу, што і падкладка, або рознага матэрыялу (гамагенная) эпітаксія або гетэраэпітаксія). Паколькі новы монакрышталічны пласт пашыраецца і расце ў адпаведнасці з крышталічнай фазай падкладкі, яго называюць эпітаксіяльным пластом (таўшчыня звычайна складае некалькі мікрон, у якасці прыкладу бярэцца крэмній: сэнс эпітаксіяльнага росту крэмнію заключаецца ў адным крэмніі крышталічная падкладка з пэўнай арыентацыяй крышталя, вырошчваецца пласт крышталя з добрай цэласнасцю рашоткі і розным удзельным супрацівам і таўшчынёй з той жа арыентацыяй крышталя, што і падкладка). а падкладка з эпітаксіяльным пластом называецца эпітаксіяльнай пласцінай (эпітаксіяльная пласціна = эпітаксіяльны пласт + падкладка). Калі прылада зроблена на эпітаксіяльным пласце, гэта называецца станоўчай эпітаксіяй. Калі прылада зроблена на падкладцы, гэта называецца зваротнай эпітаксіяй. У гэты час эпитаксиальный пласт выконвае толькі дапаможную ролю.

Паліраваная вафля

Метады эпітаксіяльнага росту

Малекулярна-прамянёвая эпітаксія (MBE): гэта тэхналогія эпітаксіяльнага росту паўправаднікоў, якая выконваецца ва ўмовах звышвысокага вакууму. У гэтай тэхніцы зыходны матэрыял выпараецца ў выглядзе пучка атамаў або малекул, а затым наносіцца на крышталічную падкладку. MBE - гэта вельмі дакладная і кіраваная тэхналогія вырошчвання тонкіх плёнак паўправаднікоў, якая можа дакладна кантраляваць таўшчыню нанесенага матэрыялу на атамным узроўні.
Металаарганічны CVD (MOCVD): у працэсе MOCVD арганічны метал і газ гідрыд азоту, які змяшчае неабходныя элементы, паступаюць на падкладку пры адпаведнай тэмпературы, падвяргаюцца хімічнай рэакцыі для стварэння неабходнага паўправадніковага матэрыялу і асаджваюцца на падкладку. на, а астатнія злучэнні і прадукты рэакцыі выкідваюцца.
Парафазная эпітаксія (VPE): парафазная эпітаксія - важная тэхналогія, якая звычайна выкарыстоўваецца ў вытворчасці паўправадніковых прыбораў. Асноўны прынцып заключаецца ў транспарціроўцы пароў элементарных рэчываў або злучэнняў у газе-носьбіце і асаджванні крышталяў на падкладцы з дапамогай хімічных рэакцый.

Якія праблемы вырашае працэс эпітаксіі?

Толькі аб'ёмныя монакрышталічныя матэрыялы не могуць задаволіць растучыя патрэбы ў вытворчасці розных паўправадніковых прыбораў. Такім чынам, у канцы 1959 г. была распрацавана эпітаксіяльная тэхналогія вырошчвання тонкаслаёвага монакрышталічнага матэрыялу. Такім чынам, які канкрэтны ўклад уносіць тэхналогія эпітаксіі ў развіццё матэрыялаў?

Для крэмнію, калі пачалася тэхналогія эпітаксіяльнага вырошчвання крэмнія, гэта быў сапраўды цяжкі час для вытворчасці крэмніевых высокачашчынных і магутных транзістараў. З пункту гледжання транзістарных прынцыпаў, каб атрымаць высокую частату і вялікую магутнасць, напружанне прабоя вобласці калектара павінна быць высокім, а паслядоўнае супраціўленне павінна быць малым, гэта значыць падзенне напружання насычэння павінна быць невялікім. Першае патрабуе, каб удзельнае супраціўленне матэрыялу ў зоне збору было высокім, а другое патрабуе, каб удзельнае супраціўленне матэрыялу ў зоне збору было нізкім. Дзве правінцыі супярэчаць адна адной. Калі таўшчыню матэрыялу ў вобласці калектара паменшыць, каб паменшыць паслядоўнае супраціўленне, крэмніевая пласціна будзе занадта тонкай і далікатнай для апрацоўкі. Калі ўдзельнае супраціўленне матэрыялу будзе зніжана, гэта будзе супярэчыць першаму патрабаванню. Аднак распрацоўка эпітаксіяльнай тэхналогіі была паспяховай. вырашыў гэтую цяжкасць.

Рашэнне: вырасціце эпітаксіяльны пласт з высокім супрацівам на падкладцы з вельмі нізкім супрацівам і зрабіце прыладу на эпітаксіяльным пласце. Гэты эпітаксіяльны пласт з высокім удзельным супрацівам гарантуе, што трубка мае высокае напружанне прабоя, у той час як падкладка з нізкім супрацівам таксама зніжае супраціў падкладкі, тым самым памяншаючы падзенне напружання насычэння, тым самым вырашаючы супярэчнасць паміж імі.

Акрамя таго, тэхналогіі эпітаксіі, такія як парафазная і вадкасная эпітаксія GaAs і іншых паўправадніковых матэрыялаў III-V, II-VI і іншых малекулярных злучэнняў, таксама атрымалі значнае развіццё і сталі асновай для большасці мікрахвалевых прылад, оптаэлектронных прылад, электраэнергіі Гэта незаменная тэхналагічная тэхналогія для вытворчасці прылад, асабліва для паспяховага прымянення малекулярна-прамянёвай і парафазнай эпітаксіі з арганічных металаў у тонкіх пластах, звышрашотак, квантавых ям, напружаных звышрашотак і тонкаслойнай эпітаксіі на атамным узроўні, што з'яўляецца новым крокам у даследаванні паўправаднікоў. Развіццё «тэхнікі энергетычнага пояса» ў гэтай галіне заклала трывалую аснову.

У практычных прымяненнях шыроказонныя паўправадніковыя прылады амаль заўсёды вырабляюцца на эпітаксіяльным пласце, а сама пласціна з карбіду крэмнію служыць толькі падкладкай. Такім чынам, кантроль эпітаксійнага пласта з'яўляецца важнай часткай прамысловасці шыроказонных паўправаднікоў.

7 асноўных навыкаў у тэхналогіі эпітаксіі

1. Эпітаксіяльныя пласты з высокім (нізкім) супрацівам могуць быць вырашчаны эпітаксіяльна на падкладках з нізкім (высокім) супрацівам.
2. Эпітаксійны пласт тыпу N (P) можа быць вырашчаны эпітаксіяльна на падкладцы тыпу P (N), каб непасрэдна ўтварыць PN-пераход. Няма праблемы з кампенсацыяй пры выкарыстанні дыфузійнага метаду для стварэння PN-пераходу на монакрышталічнай падкладцы.
3. У спалучэнні з тэхналогіяй маскі селектыўны эпітаксіяльны рост выконваецца ў спецыяльна адведзеных месцах, ствараючы ўмовы для вытворчасці інтэгральных схем і прылад са спецыяльнай структурай.
4. Тып і канцэнтрацыю допінгу можна змяняць у адпаведнасці з патрэбамі ў працэсе эпітаксійнага росту. Змена канцэнтрацыі можа быць раптоўнай або павольнай.
5. Ён можа вырошчваць гетэрагенныя, шматслойныя, шматкампанентныя злучэнні і звыштонкія пласты з зменнымі кампанентамі.
6. Эпітаксіяльны рост можа быць выкананы пры тэмпературы, ніжэйшай за тэмпературу плаўлення матэрыялу, хуткасць росту можна кантраляваць, і можа быць дасягнуты эпітаксіяльны рост таўшчыні на атамным узроўні.
7. Ён можа вырошчваць монакрышталічныя матэрыялы, якія немагчыма выцягнуць, такія як GaN, монакрышталічныя слаі троесных і чацвярцічных злучэнняў і г.д.