L'origen del nom hòstia epitaxial
En primer lloc, popularitzem un petit concepte: la preparació de les hòsties inclou dos enllaços principals: la preparació del substrat i el procés epitaxial. El substrat és una hòstia feta de material semiconductor monocristal. El substrat pot entrar directament al procés de fabricació d'hòsties per produir dispositius semiconductors, o es pot processar mitjançant processos epitaxials per produir hòsties epitaxials. L'epitaxia es refereix al procés de fer créixer una nova capa de cristall únic sobre un substrat de cristall únic que s'ha processat acuradament tallant, mòlt, polint, etc. El nou cristall únic pot ser el mateix material que el substrat, o pot ser un epitàxia o heteroepitaxia de material diferent (homogeni). Com que la nova capa de cristall únic s'estén i creix segons la fase cristal·lina del substrat, s'anomena capa epitaxial (el gruix sol ser d'unes poques micres, prenent com a exemple el silici: el significat del creixement epitaxial de silici és en un únic silici). substrat de cristall amb una certa orientació de cristall Una capa de cristall amb una bona integritat de l'estructura de gelosia i diferent resistivitat i gruix amb el mateix cristall. orientació a mesura que el substrat creix), i el substrat amb la capa epitaxial s'anomena hòstia epitaxial (hòstia epitaxial = capa epitaxial + substrat). Quan el dispositiu es fa a la capa epitaxial, s'anomena epitaxia positiva. Si el dispositiu es fa sobre el substrat, s'anomena epitaxia inversa. En aquest moment, la capa epitaxial només juga un paper de suport.
Hòstia polida
Mètodes de creixement epitaxial
Epitaxia de feix molecular (MBE): és una tecnologia de creixement epitaxial de semiconductors realitzada en condicions de buit ultra alt. En aquesta tècnica, el material d'origen s'evapora en forma de feix d'àtoms o molècules i després es diposita sobre un substrat cristal·lí. MBE és una tecnologia de creixement de pel·lícula fina de semiconductors molt precisa i controlable que pot controlar amb precisió el gruix del material dipositat a nivell atòmic.
CVD orgànic metàl·lic (MOCVD): en el procés MOCVD, el metall orgànic i el gas hidrur N gas que conté els elements necessaris es subministren al substrat a una temperatura adequada, se sotmeten a una reacció química per generar el material semiconductor requerit i es dipositen al substrat. encès, mentre es descarreguen els compostos restants i els productes de reacció.
Epitaxia en fase de vapor (VPE): l'epitaxia en fase de vapor és una tecnologia important que s'utilitza habitualment en la producció de dispositius semiconductors. El principi bàsic és transportar el vapor de substàncies o compostos elementals en un gas portador, i dipositar cristalls sobre el substrat mitjançant reaccions químiques.
Quins problemes resol el procés d'epitaxia?
Només els materials de cristall únic a granel no poden satisfer les creixents necessitats de fabricació de diversos dispositius semiconductors. Per tant, el creixement epitaxial, una tecnologia de creixement de material de cristall únic de capa fina, es va desenvolupar a finals de 1959. Aleshores, quina contribució específica té la tecnologia de l'epitaxia a l'avenç dels materials?
Per al silici, quan va començar la tecnologia de creixement epitaxial de silici, va ser realment un moment difícil per a la producció de transistors de silici d'alta freqüència i gran potència. Des de la perspectiva dels principis dels transistors, per obtenir alta freqüència i alta potència, la tensió de ruptura de l'àrea del col·lector ha de ser alta i la resistència en sèrie ha de ser petita, és a dir, la caiguda de tensió de saturació ha de ser petita. El primer requereix que la resistivitat del material a la zona de recollida sigui alta, mentre que el segon requereix que la resistivitat del material a la zona de recollida sigui baixa. Les dues províncies són contradictòries. Si es redueix el gruix del material a la zona del col·lector per reduir la resistència de la sèrie, la hòstia de silici serà massa fina i fràgil per ser processada. Si es redueix la resistivitat del material, contradirà el primer requisit. Tanmateix, el desenvolupament de la tecnologia epitaxial ha tingut èxit. resolt aquesta dificultat.
Solució: feu créixer una capa epitaxial d'alta resistivitat sobre un substrat de resistència extremadament baixa i feu el dispositiu a la capa epitaxial. Aquesta capa epitaxial d'alta resistivitat garanteix que el tub tingui un alt voltatge de ruptura, mentre que el substrat de baixa resistència també redueix la resistència del substrat, reduint així la caiguda de tensió de saturació, resolent així la contradicció entre els dos.
A més, les tecnologies d'epitaxia com l'epitaxia en fase de vapor i l'epitaxia en fase líquida de GaAs i altres III-V, II-VI i altres materials semiconductors de compostos moleculars també s'han desenvolupat molt i s'han convertit en la base per a la majoria de dispositius de microones, dispositius optoelectrònics, potència. És una tecnologia de procés indispensable per a la producció de dispositius, especialment l'aplicació reeixida de la tecnologia d'epitaxia de feix molecular i fase de vapor orgànic metàl·lic en capes fines, supergelos, quàntics. pous, superreticules tenses i epitaxia de capa fina a nivell atòmic, que és un nou pas en la investigació dels semiconductors. El desenvolupament de l'"enginyeria del cinturó d'energia" en el camp ha establert una base sòlida.
En aplicacions pràctiques, gairebé sempre es fabriquen dispositius semiconductors de banda ampla a la capa epitaxial, i la pròpia hòstia de carbur de silici només serveix com a substrat. Per tant, el control de la capa epitaxial és una part important de la indústria de semiconductors de banda ampla.
7 habilitats principals en tecnologia d'epitaxia
1. Les capes epitaxials d'alta (baixa) resistència es poden cultivar epitaxialment sobre substrats de baixa (alta) resistència.
2. La capa epitaxial de tipus N (P) es pot cultivar epitaxialment sobre el substrat de tipus P (N) per formar directament una unió PN. No hi ha cap problema de compensació quan s'utilitza el mètode de difusió per fer una unió PN en un substrat d'un sol cristall.
3. Combinat amb la tecnologia de la màscara, el creixement epitaxial selectiu es realitza en àrees designades, creant condicions per a la producció de circuits integrats i dispositius amb estructures especials.
4. El tipus i la concentració del dopatge es poden canviar segons les necessitats durant el procés de creixement epitaxial. El canvi de concentració pot ser un canvi sobtat o un canvi lent.
5. Pot créixer compostos heterogenis, multicapa, multicomponent i capes ultrafines amb components variables.
6. El creixement epitaxial es pot realitzar a una temperatura inferior al punt de fusió del material, la velocitat de creixement és controlable i es pot aconseguir un creixement epitaxial del gruix a nivell atòmic.
7. Pot fer créixer materials monocristallins que no es poden estirar, com ara GaN, capes monocristallines de compostos terciaris i quaternaris, etc.
Hora de publicació: 13-maig-2024