Cumu i strati epitassiali aiutanu i dispositi semiconduttori?

L'origine di u nome epitaxial wafer

Prima, vulemu popularizà un picculu cuncettu: a preparazione di wafer include dui ligami maiò: preparazione di sustrato è prucessu epitaxial. U sustrato hè un wafer fattu di materiale unicu cristallu semiconductor. U sustrato pò entra direttamente in u prucessu di fabricazione di wafer per pruduce i dispositi semiconduttori, o pò esse processatu da prucessi epitaxiali per pruduce wafers epitaxial. L'epitassia si riferisce à u prucessu di cultivà una nova capa di cristallu unicu nantu à un sustrato di cristallo unicu chì hè stata trattata cù cura da taglià, macinazione, lucidatura, etc. U novu cristallu unicu pò esse u stessu materiale cum'è u sustrato, o pò esse un materiale differente (omogenea) epitassi o eteroepitassia). Perchè a nova capa di cristallo singulu si estende è cresce secondu a fase di cristallu di u sustrato, hè chjamata una capa epitaxial (u grossu hè di solitu uni pochi microns, pigliendu u siliciu cum'è un esempiu: u significatu di a crescita epitaxial di siliciu hè nantu à un siliciu unicu. sustrato di cristallu cù una certa orientazione di cristallo Una strata di cristallu cù una bona integrità di struttura di reticulata è una resistività è un grossu diffirenti cù u stessu cristalu. orientazione cum'è u sustrato hè cultivatu), è u sustrato cù a capa epitaxial hè chjamatu wafer epitaxial (wafer epitaxial = capa epitaxial + sustrato). Quandu u dispusitivu hè fattu nantu à a capa epitaxial, hè chjamatu epitaxia pusitiva. Se u dispusitivu hè fattu nantu à u sustrato, hè chjamatu epitaxia inversa. À questu tempu, a capa epitaxial ghjoca solu un rolu di sustegnu.

Wafer lucidatu

I metudi di crescita epitaxiali

Epitassi di fasciu moleculare (MBE): Hè una tecnulugia di crescita epitassiale semiconductora realizata in cundizioni di vacu ultra-altu. In questa tecnica, u materiale fonte hè evaporatu in a forma di un fasciu di atomi o molécule è poi dipositu nantu à un sustrato cristallino. MBE hè una tecnulugia di crescita di film sottile di semiconductor assai precisa è cuntrullabile chì pò cuntrullà precisamente u spessore di materiale dipositu à u livellu atomicu.
Metal organic CVD (MOCVD): In u prucessu MOCVD, metalli organici è gas di idruru gas N chì cuntenenu l'elementi richiesti sò furniti à u sustrato à una temperatura adatta, sottumessi à una reazione chimica per generà u materiale semiconductor necessariu, è sò dipositati nantu à u sustrato. on, mentri i cumposti rimanenti è i prudutti di reazzione sò scaricati.
Epitassi in fase di vapore (VPE): L'epitassi in fase di vapore hè una tecnulugia impurtante cumune utilizata in a produzzione di dispositivi semiconduttori. U principiu di basa hè di trasportà u vapore di sustanzi o cumposti elementari in un gasu trasportatore, è dipositu i cristalli nantu à u sustrato per via di reazzione chimica.

Chì prublemi risolve u prucessu di epitassi?

Solu i materiali monocristalli in massa ùn ponu risponde à i bisogni crescenti di a fabricazione di diversi dispositi semiconduttori. Per quessa, a crescita epitaxial, una tecnulugia di crescita di materiale di cristallo unicu di strata fina, hè stata sviluppata à a fine di u 1959. Allora chì cuntribuzione specifica hà a tecnulugia di l'epitassi à l'avanzamentu di i materiali?

Per u siliciu, quandu a tecnulugia di crescita epitaxial di siliciu hà iniziatu, era veramente un tempu difficiule per a produzzione di transistor d'alta frequenza è di alta putenza di silicium. Da a perspettiva di i principii di transistor, per ottene una freccia alta è una putenza alta, a tensione di rottura di l'area di u cullettivu deve esse alta è a resistenza di a serie deve esse chjuca, vale à dì, a caduta di tensione di saturazione deve esse chjuca. U primu esige chì a resistività di u materiale in l'area di cullizzioni deve esse alta, mentre chì l'ultima esige chì a resistività di u materiale in l'area di cullizzioni deve esse bassu. E duie pruvince sò cuntradite l'una cù l'altru. Se u grossu di u materiale in l'area di u cullettivu hè ridutta per riduce a resistenza di a serie, u wafer di siliciu serà troppu magre è fragile per esse processatu. Se a resistività di u materiale hè ridutta, contraddirà u primu requisitu. Tuttavia, u sviluppu di a tecnulugia epitaxial hè statu successu. risolviu sta difficultà.

Soluzione: Cresce una strata epitaxial d'alta resistività nantu à un sustrato di resistenza estremamente bassa, è fate u dispusitivu nantu à u stratu epitaxial. Stu stratu epitaxial d'alta resistività assicura chì u tubu hà una alta tensione di rottura, mentre chì u sustrato di bassa resistenza Reduce ancu a resistenza di u sustrato, riducendu cusì a caduta di tensione di saturazione, risolve cusì a cuntradizioni trà i dui.

Inoltre, tecnulugie epitassi cum'è epitassi in fase di vapore è epitassi in fase liquida di GaAs è altri III-V, II-VI è altri materiali semiconduttori composti molecolari sò ancu sviluppati assai è sò diventati a basa per a maiò parte di i dispositi microonde, i dispositi optoelettronici, u putere. Hè una tecnulugia di prucessu indispensabile per a produzzione di dispusitivi, in particulare l'applicazione riescita di a tecnulugia di epitassi di fasi di vapore organico di fasciu moleculare è metalli in strati sottili, superlattice, quantum. pozzi, superlattice strained, è epitassi di strati sottili à livellu atomicu, chì hè un novu passu in a ricerca di semiconductor. U sviluppu di "l'ingegneria di a cintura di energia" in u campu hà stabilitu una basa solida.

In l'applicazioni pratiche, i dispositi semiconductori di banda larga sò quasi sempre fatti nantu à a capa epitaxial, è a wafer di carburu di siliciu stessu serve solu com'è sustrato. Dunque, u cuntrollu di u stratu epitaxial hè una parte impurtante di l'industria di i semiconduttori di banda larga.

7 cumpetenze maiò in a tecnulugia di epitassi

1. I strati epitaxiali di resistenza alta (bassa) ponu esse cultivati ​​epitaxially nantu à sustrati di resistenza bassa (alta).
2. U stratu epitaxial di tipu N (P) pò esse cultivatu epitaxially nantu à u sustrato di tipu P (N) per furmà una junction PN direttamente. Ùn ci hè micca un prublema di compensazione quandu aduprate u metudu di diffusione per fà una junction PN nantu à un sustrato di cristallo unicu.
3. Cumminatu cù a tecnulugia di maschere, a crescita epitaxial selettiva hè realizata in spazii designati, creendu e cundizioni per a produzzione di circuiti integrati è dispusitivi cù strutture speciale.
4. U tipu è a cuncentrazione di doping pò esse cambiatu secondu i bisogni durante u prucessu di crescita epitaxial. U cambiamentu di cuncentrazione pò esse un cambiamentu bruscu o un cambiamentu lento.
5. Si pò cresce heterogeneous, multi-layered, cumposti multi-cumpunenti è strati ultra-magre cù cumpunenti variàbbili.
6. U crescita epitaxial pò esse realizatu à una temperatura più bassu di u puntu di fusione di u materiale, u ritmu di crescita hè cuntrullabile, è a crescita epitaxial di u gruixu di u livellu atomicu pò esse realizatu.
7. Si pò cultivà materiali unicu cristallu chì ùn pò esse tiratu, comu GaN, strati di cristallu unicu di cumposti terziari è quaternari, etc.