Sa unsang paagi ang epitaxial layers makatabang sa mga semiconductor device?

Ang gigikanan sa ngalan nga epitaxial wafer

Una, atong ipasiugda ang gamay nga konsepto: ang pag-andam sa wafer naglakip sa duha ka dagkong mga sumpay: pag-andam sa substrate ug proseso sa epitaxial. Ang substrate usa ka wafer nga hinimo sa semiconductor nga usa ka kristal nga materyal. Ang substrate mahimong direkta nga mosulod sa proseso sa paghimo sa wafer aron makagama og mga aparato nga semiconductor, o mahimo kini maproseso pinaagi sa mga proseso sa epitaxial aron makahimo mga epitaxial wafer. Ang epitaxy nagtumong sa proseso sa pagtubo sa usa ka bag-ong layer sa usa ka kristal sa usa ka kristal nga substrate nga maampingong giproseso pinaagi sa pagputol, paggaling, pagpasinaw, ug uban pa. lahi nga materyal (homogeneous) epitaxy o heteroepitaxy). Tungod kay ang bag-o nga single nga kristal nga layer molapad ug motubo sumala sa kristal nga hugna sa substrate, kini gitawag nga usa ka epitaxial layer (ang gibag-on kasagaran pipila ka microns, pagkuha silicon ingon nga usa ka panig-ingnan: ang kahulogan sa silicon epitaxial pagtubo anaa sa usa ka silicon single. kristal nga substrate nga adunay usa ka kristal nga orientasyon Usa ka layer sa kristal nga adunay maayo nga integridad sa istruktura sa lattice ug lainlain nga resistivity ug gibag-on nga adunay parehas nga oryentasyon sa kristal samtang ang substrate gipatubo), ug ang substrate nga adunay sulud. Ang epitaxial layer gitawag nga epitaxial wafer (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate). Kung ang aparato gihimo sa epitaxial layer, kini gitawag nga positibo nga epitaxy. Kung ang aparato gihimo sa substrate, gitawag kini nga reverse epitaxy. Niini nga panahon, ang epitaxial layer nagdula lamang sa usa ka nagsuporta nga papel.

Pinasinaw nga ostiya

Mga pamaagi sa pagtubo sa epitaxial

Molecular beam epitaxy (MBE): Kini usa ka semiconductor epitaxial growth technology nga gihimo ubos sa ultra-high vacuum nga kondisyon. Sa kini nga teknik, ang gigikanan nga materyal na-evaporate sa porma sa usa ka sinag sa mga atomo o molekula ug dayon ibutang sa usa ka kristal nga substrate. Ang MBE usa ka tukma ug makontrol nga semiconductor thin film growth nga teknolohiya nga tukma nga makontrol ang gibag-on sa gideposito nga materyal sa atomic level.
Metal organic CVD (MOCVD): Sa proseso sa MOCVD, ang organikong metal ug hydride gas N gas nga adunay gikinahanglan nga mga elemento gihatag ngadto sa substrate sa usa ka angay nga temperatura, moagi sa kemikal nga reaksyon aron makamugna sa gikinahanglan nga semiconductor nga materyal, ug gibutang sa substrate. sa, samtang ang nahabilin nga mga compound ug mga produkto sa reaksyon gipagawas.
Vapor phase epitaxy (VPE): Ang vapor phase epitaxy usa ka importante nga teknolohiya nga sagad gigamit sa paghimo sa mga semiconductor device. Ang sukaranan nga prinsipyo mao ang pagdala sa alisngaw sa mga elemento nga sangkap o compound sa usa ka gas carrier, ug pagdeposito sa mga kristal sa substrate pinaagi sa mga kemikal nga reaksyon.

Unsang mga problema ang nasulbad sa proseso sa epitaxy?

Ang kadaghanan lamang nga mga kristal nga materyales dili makatubag sa nagkadako nga panginahanglan sa paghimo sa lainlaing mga aparato sa semiconductor. Busa, ang epitaxial growth, usa ka thin-layer single crystal material growth technology, naugmad sa katapusan sa 1959. Busa unsa nga espesipikong kontribusyon ang epitaxy nga teknolohiya sa pag-uswag sa mga materyales?

Alang sa silicon, sa dihang nagsugod ang teknolohiya sa pagtubo sa silicon epitaxial, kini usa ka lisud nga panahon alang sa paghimo sa mga silicon nga high-frequency ug high-power transistors. Gikan sa panglantaw sa mga prinsipyo sa transistor, aron makakuha og taas nga frequency ug taas nga gahum, ang breakdown voltage sa collector area kinahanglan nga taas ug ang series resistance kinahanglan nga gamay, nga mao, ang saturation voltage drop kinahanglan nga gamay. Ang una nagkinahanglan nga ang resistivity sa materyal sa pagkolekta nga lugar kinahanglan nga taas, samtang ang ulahi nagkinahanglan nga ang resistivity sa materyal sa pagkolekta nga dapit kinahanglan nga ubos. Ang duha ka probinsya magkasumpaki sa usag usa. Kung ang gibag-on sa materyal sa lugar sa kolektor makunhuran aron makunhuran ang pagsukol sa serye, ang silicon wafer mahimong nipis ug mahuyang aron maproseso. Kung ang resistivity sa materyal gipakunhod, kini sukwahi sa unang kinahanglanon. Bisan pa, ang pag-uswag sa teknolohiya sa epitaxial nagmalampuson. nasulbad kini nga kalisdanan.

Solusyon: Pagtubo usa ka taas nga resistensya nga epitaxial layer sa usa ka labi ka ubos nga resistensya nga substrate, ug himua ang aparato sa epitaxial layer. Kini nga high-resistivity epitaxial layer nagsiguro nga ang tubo adunay taas nga breakdown boltahe, samtang ang ubos nga resistensya nga substrate Kini usab nagpamenos sa pagsukol sa substrate, sa ingon pagkunhod sa saturation boltahe drop, sa ingon masulbad ang panagsumpaki tali sa duha.

Dugang pa, ang mga teknolohiya sa epitaxy sama sa vapor phase epitaxy ug liquid phase epitaxy sa GaAs ug uban pang III-V, II-VI ug uban pang molecular compound semiconductor nga mga materyales naugmad usab pag-ayo ug nahimong basehan sa kadaghanan sa mga microwave device, optoelectronic device, power. Kini usa ka kinahanglanon nga teknolohiya sa proseso alang sa paghimo sa mga aparato, labi na ang malampuson nga aplikasyon sa molecular beam ug metal nga organikong alisngaw nga yugto sa epitaxy nga teknolohiya sa manipis nga mga layer, superlattices, quantum wells, strained superlattices, ug atomic-level thin-layer epitaxy, nga usa ka bag-ong lakang sa semiconductor research. Ang pag-uswag sa "energy belt engineering" sa natad nagbutang usa ka lig-on nga pundasyon.

Sa praktikal nga mga aplikasyon, ang lapad nga bandgap semiconductor nga mga aparato halos kanunay nga gihimo sa epitaxial layer, ug ang silicon carbide wafer mismo nagsilbing substrate. Busa, ang pagkontrol sa epitaxial layer usa ka importante nga bahin sa lapad nga bandgap semiconductor nga industriya.

7 mayor nga kahanas sa epitaxy teknolohiya

1. Taas (ubos) nga resistensya epitaxial layers mahimong epitaxially motubo sa ubos (taas) resistensya substrates.
2. Ang N (P) type nga epitaxial layer mahimong epitaxially motubo sa P (N) type substrate aron direktang maporma ang PN junction. Wala’y problema sa kompensasyon kung gigamit ang pamaagi sa pagsabwag aron makahimo usa ka PN junction sa usa ka substrate nga kristal.
3. Inubanan sa teknolohiya sa maskara, ang pinili nga pagtubo sa epitaxial gihimo sa gitudlo nga mga lugar, nga nagmugna og mga kondisyon alang sa paghimo sa mga integrated circuit ug mga himan nga adunay espesyal nga mga istruktura.
4. Ang matang ug konsentrasyon sa doping mahimong mausab sumala sa mga panginahanglan sa panahon sa proseso sa pagtubo sa epitaxial. Ang pagbag-o sa konsentrasyon mahimong usa ka kalit nga pagbag-o o usa ka hinay nga pagbag-o.
5. Mahimo kining motubo nga heterogeneous, multi-layered, multi-component compounds ug ultra-thin layers nga adunay variable components.
6. Ang pag-uswag sa epitaxial mahimo sa usa ka temperatura nga mas ubos kaysa sa natunaw nga punto sa materyal, ang rate sa pagtubo makontrol, ug ang epitaxial nga pagtubo sa atomic-level nga gibag-on mahimong makab-ot.
7. Mahimo kini nga motubo sa usa ka kristal nga mga materyales nga dili mabira, sama sa GaN, usa ka kristal nga mga layer sa tertiary ug quaternary compound, ug uban pa.