Sut mae haenau epitaxial yn helpu dyfeisiau lled-ddargludyddion?

Tarddiad yr enw waffer epitaxial

Yn gyntaf, gadewch i ni boblogeiddio cysyniad bach: mae paratoi waffer yn cynnwys dwy brif ddolen: paratoi swbstrad a phroses epitaxial. Mae'r swbstrad yn wafer wedi'i wneud o ddeunydd crisial sengl lled-ddargludyddion. Gall y swbstrad fynd i mewn i'r broses weithgynhyrchu wafferi yn uniongyrchol i gynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion, neu gellir ei brosesu trwy brosesau epitaxial i gynhyrchu wafferi epitaxial. Mae Epitaxy yn cyfeirio at y broses o dyfu haen newydd o grisial sengl ar swbstrad grisial sengl sydd wedi'i brosesu'n ofalus trwy dorri, malu, sgleinio, ac ati. Gall y grisial sengl newydd fod yr un deunydd â'r swbstrad, neu gall fod yn deunydd gwahanol (homogenaidd) epitaxy neu heteroepitaxy). Oherwydd bod yr haen grisial sengl newydd yn ymestyn ac yn tyfu yn ôl cyfnod grisial y swbstrad, fe'i gelwir yn haen epitaxial (mae'r trwch fel arfer ychydig o ficronau, gan gymryd silicon fel enghraifft: mae ystyr twf epitaxial silicon ar sengl silicon swbstrad grisial gyda chyfeiriadedd grisial penodol. wafer epitaxial (wafer epitaxial = haen epitaxial + swbstrad). Pan wneir y ddyfais ar yr haen epitaxial, fe'i gelwir yn epitaxy positif. Os gwneir y ddyfais ar y swbstrad, fe'i gelwir yn epitaxy gwrthdro. Ar yr adeg hon, dim ond rôl gefnogol y mae'r haen epitaxial yn ei chwarae.

Wafer caboledig

Dulliau twf epitaxial

Epitaxy trawst moleciwlaidd (MBE): Mae'n dechnoleg twf epitaxial lled-ddargludyddion a berfformir o dan amodau gwactod uwch-uchel. Yn y dechneg hon, mae deunydd ffynhonnell yn cael ei anweddu ar ffurf pelydr o atomau neu foleciwlau ac yna'n cael ei adneuo ar swbstrad crisialog. Mae MBE yn dechnoleg twf ffilm tenau lled-ddargludyddion manwl iawn a rheoladwy a all reoli trwch y deunydd a adneuwyd yn fanwl gywir ar y lefel atomig.
CVD organig metel (MOCVD): Yn y broses MOCVD, mae metel organig a nwy hydride N nwy sy'n cynnwys yr elfennau gofynnol yn cael eu cyflenwi i'r swbstrad ar dymheredd priodol, yn cael adwaith cemegol i gynhyrchu'r deunydd lled-ddargludyddion gofynnol, ac yn cael ei adneuo ar y swbstrad. ymlaen, tra bod y cyfansoddion sy'n weddill a chynhyrchion adwaith yn cael eu rhyddhau.
Epitacsi cyfnod anwedd (VPE): Mae epitacsi cyfnod anwedd yn dechnoleg bwysig a ddefnyddir yn gyffredin wrth gynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion. Yr egwyddor sylfaenol yw cludo anwedd sylweddau neu gyfansoddion elfennol mewn nwy cludo, a dyddodi crisialau ar y swbstrad trwy adweithiau cemegol.

Pa broblemau y mae'r broses epitacsi yn eu datrys?

Dim ond deunyddiau swmp grisial sengl na all ddiwallu anghenion cynyddol gweithgynhyrchu amrywiol ddyfeisiau lled-ddargludyddion. Felly, datblygwyd twf epitaxial, sef technoleg twf deunydd crisial sengl haen denau, ar ddiwedd 1959. Felly pa gyfraniad penodol sydd gan dechnoleg epitaxy i hyrwyddo deunyddiau?

Ar gyfer silicon, pan ddechreuodd technoleg twf epitaxial silicon, roedd yn amser anodd iawn i gynhyrchu transistorau amledd uchel a phŵer uchel silicon. O safbwynt egwyddorion transistor, er mwyn cael amledd uchel a phŵer uchel, rhaid i foltedd chwalu'r ardal gasglwr fod yn uchel a rhaid i'r gwrthiant cyfres fod yn fach, hynny yw, rhaid i'r gostyngiad foltedd dirlawnder fod yn fach. Mae'r cyntaf yn mynnu bod gwrthedd y deunydd yn yr ardal gasglu yn uchel, tra bod yr olaf yn mynnu bod gwrthedd y deunydd yn yr ardal gasglu yn isel. Mae'r ddwy dalaith yn groes i'w gilydd. Os bydd trwch y deunydd yn ardal y casglwr yn cael ei leihau i leihau ymwrthedd y gyfres, bydd y wafer silicon yn rhy denau ac yn fregus i'w brosesu. Os gostyngir gwrthedd y deunydd, bydd yn gwrth-ddweud y gofyniad cyntaf. Fodd bynnag, mae datblygiad technoleg epitaxial wedi bod yn llwyddiannus. datrys yr anhawster hwn.

Ateb: Tyfwch haen epitaxial gwrthedd uchel ar swbstrad gwrthiant isel iawn, a gwnewch y ddyfais ar yr haen epitaxial. Mae'r haen epitaxial gwrthedd uchel hon yn sicrhau bod gan y tiwb foltedd chwalu uchel, tra bod y swbstrad gwrthiant isel Mae hefyd yn lleihau ymwrthedd y swbstrad, a thrwy hynny leihau'r gostyngiad mewn foltedd dirlawnder, a thrwy hynny ddatrys y gwrth-ddweud rhwng y ddau.

Yn ogystal, mae technolegau epitaxy megis epitaxy cyfnod anwedd ac epitaxy cyfnod hylif GaAs a III-V, II-VI a deunyddiau lled-ddargludyddion cyfansawdd moleciwlaidd eraill hefyd wedi'u datblygu'n fawr ac maent wedi dod yn sail i'r rhan fwyaf o ddyfeisiau microdon, dyfeisiau optoelectroneg, pŵer Mae'n dechnoleg broses anhepgor ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau, yn enwedig cymhwyso technoleg epitaxy cyfnod anwedd organig trawst moleciwlaidd a metel yn llwyddiannus mewn haenau tenau, superlattices, ffynhonnau cwantwm, uwchlattigau dan straen, ac epitacsi haen denau lefel atomig, sy'n gam newydd mewn ymchwil lled-ddargludyddion. Mae datblygiad “peirianneg gwregys ynni” yn y maes wedi gosod sylfaen gadarn.

Mewn cymwysiadau ymarferol, mae dyfeisiau lled-ddargludyddion bandgap eang bron bob amser yn cael eu gwneud ar yr haen epitaxial, ac mae'r wafer carbid silicon ei hun yn gwasanaethu fel y swbstrad yn unig. Felly, mae rheolaeth yr haen epitaxial yn rhan bwysig o'r diwydiant lled-ddargludyddion bandgap eang.

7 sgil mawr mewn technoleg epitacsi

1. Gall haenau epitaxial ymwrthedd uchel (isel) gael eu tyfu epitaxially ar swbstradau ymwrthedd isel (uchel).
2. Gellir tyfu'r haen epitaxial math N (P) yn epitaxially ar y swbstrad math P (N) i ffurfio cyffordd PN yn uniongyrchol. Nid oes problem iawndal wrth ddefnyddio'r dull tryledu i wneud cyffordd PN ar swbstrad grisial sengl.
3. Wedi'i gyfuno â thechnoleg mwgwd, perfformir twf epitaxial dethol mewn ardaloedd dynodedig, gan greu amodau ar gyfer cynhyrchu cylchedau integredig a dyfeisiau gyda strwythurau arbennig.
4. Gellir newid math a chrynodiad y dopio yn ôl anghenion yn ystod y broses twf epitaxial. Gall y newid mewn crynodiad fod yn newid sydyn neu'n newid araf.
5. Gall dyfu cyfansoddion heterogenaidd, aml-haenog, aml-gydran a haenau uwch-denau gyda chydrannau amrywiol.
6. Gellir perfformio twf epitaxial ar dymheredd is na phwynt toddi y deunydd, gellir rheoli'r gyfradd twf, a gellir cyflawni twf epitaxial o drwch lefel atomig.
7. Gall dyfu deunyddiau crisial sengl na ellir eu tynnu, megis GaN, haenau crisial sengl o gyfansoddion trydyddol a chwaternaidd, ac ati.