Kuidas aitavad epitaksiaalsed kihid pooljuhtseadmeid?

Nime epitaksiaalvahv päritolu päritolu

Esiteks populariseerime väikest kontseptsiooni: vahvlite ettevalmistamine sisaldab kahte peamist seost: substraadi ettevalmistamine ja epitaksiaalne protsess. Substraadiks on pooljuht monokristallmaterjalist valmistatud vahvel. Substraat võib pooljuhtseadmete tootmiseks siseneda otse vahvlite tootmisprotsessi või töödelda seda epitaksiaalsete protsesside abil epitaksiaalsete vahvlite tootmiseks. Epitaksia viitab uue monokristallikihi kasvatamise protsessile monokristallsubstraadile, mida on hoolikalt töödeldud lõikamise, lihvimise, poleerimise jne abil. Uus monokristall võib olla samast materjalist, mis substraat, või see võib olla erinevast materjalist (homogeenne) epitaksia või heteroepitaksia). Kuna uus monokristallikiht laieneb ja kasvab vastavalt substraadi kristalli faasile, nimetatakse seda epitaksiaalseks kihiks (paksus on tavaliselt mõni mikronit, võttes näiteks räni: räni epitaksiaalse kasvu tähendus on ränisinglil Kristalli substraat, millel on kindel kristallide orientatsioon, kristallikiht, millel on hea võrestruktuuri terviklikkus ja erinev eritakistus ja paksus, mis on sama kristalli orientatsiooniga kui substraat, ja substraat, millel on substraat. epitaksiaalset kihti nimetatakse epitaksiaalvahvliks (epitaksiaalvahv = epitaksiaalkiht + substraat). Kui seade on valmistatud epitaksiaalsel kihil, nimetatakse seda positiivseks epitaksiaks. Kui seade on valmistatud substraadil, nimetatakse seda pöördepitaksiks. Sel ajal mängib epitaksiaalne kiht ainult toetavat rolli.

Poleeritud vahvel

Epitaksiaalse kasvu meetodid

Molecular beam epitaxy (MBE): see on pooljuhtide epitaksiaalne kasvutehnoloogia, mida teostatakse ülikõrge vaakumi tingimustes. Selle tehnika puhul aurustatakse lähtematerjal aatomite või molekulide kiirena ja sadestatakse seejärel kristallilisele substraadile. MBE on väga täpne ja kontrollitav pooljuhtide õhukese kile kasvutehnoloogia, mis suudab täpselt juhtida sadestunud materjali paksust aatomitasandil.
Metallist orgaaniline CVD (MOCVD): MOCVD protsessis juhitakse substraadile sobival temperatuuril vajalikke elemente sisaldav orgaaniline metall ja hüdriidgaas N-gaas, mis läbib keemilise reaktsiooni, et tekitada vajalik pooljuhtmaterjal, ja sadestatakse põhimikule. sisse, samal ajal kui ülejäänud ühendid ja reaktsiooniproduktid väljuvad.
Aurufaasi epitaksia (VPE): Aurufaasi epitaksia on oluline tehnoloogia, mida tavaliselt kasutatakse pooljuhtseadmete tootmisel. Põhiprintsiip on elementaarsete ainete või ühendite aurude transportimine kandegaasis ja kristallide ladestamine substraadile keemiliste reaktsioonide kaudu.

Milliseid probleeme epitaksia protsess lahendab?

Ainult massilised monokristallmaterjalid ei suuda rahuldada erinevate pooljuhtseadmete tootmise kasvavaid vajadusi. Seetõttu töötati 1959. aasta lõpus välja epitaksiaalne kasv, õhukesekihilise monokristallmaterjali kasvatamise tehnoloogia. Milline on siis epitaksitehnoloogia konkreetne panus materjalide edenemisse?

Räni jaoks oli räni epitaksiaalse kasvu tehnoloogia alustamisel räni kõrgsageduslike ja suure võimsusega transistoride tootmisel tõesti raske aeg. Transistori põhimõtete seisukohast peab kõrge sageduse ja suure võimsuse saamiseks olema kollektoriala läbilöögipinge kõrge ja jadatakistus väike, see tähendab, et küllastuspinge langus peab olema väike. Esimene eeldab, et materjali eritakistus kogumisalal peaks olema kõrge, teine ​​aga, et materjali eritakistus kogumisalal oleks madal. Need kaks provintsi on üksteisega vastuolus. Kui seeriatakistuse vähendamiseks vähendatakse materjali paksust kollektori piirkonnas, on räniplaat töötlemiseks liiga õhuke ja habras. Kui materjali eritakistust vähendada, on see vastuolus esimese nõudega. Siiski on epitaksiaaltehnoloogia areng olnud edukas. lahendas selle raskuse.

Lahendus: kasvatage ülimadala takistusega substraadile suure takistusega epitaksiaalkiht ja tehke seade epitaksiaalsele kihile. See suure takistusega epitaksiaalkiht tagab, et torul on kõrge läbilöögipinge, samas kui madala takistusega põhimik vähendab ka põhimiku takistust, vähendades seeläbi küllastuspinge langust, lahendades seeläbi vastuolu nende kahe vahel.

Lisaks on suurel määral arendatud ka selliseid epitaksiatehnoloogiaid nagu GaA-de ja muude III-V, II-VI ja muude molekulaarsete ühendite pooljuhtmaterjalide aurufaasiline epitaksia ja vedelfaasi epitaksia ning need on saanud enamiku mikrolaineseadmete, optoelektrooniliste seadmete, toiteallika aluseks. See on asendamatu protsessitehnoloogia seadmete tootmiseks, eriti molekulaarkiire ja metalli orgaanilise aurufaasi epitaksia tehnoloogia edukaks rakendamiseks õhukeses kihid, supervõred, kvantkaevud, pingestatud supervõred ja aatomitasandi õhukesekihiline epitaksia, mis on uus samm pooljuhtide uurimisel. Valdkonna “energialinditehnika” areng on pannud tugeva aluse.

Praktilistes rakendustes valmistatakse laia ribalaiusega pooljuhtseadised peaaegu alati epitaksiaalsele kihile ja ränikarbiidist vahvel ise toimib ainult substraadina. Seetõttu on epitaksiaalse kihi juhtimine laia ribalaiusega pooljuhtide tööstuse oluline osa.

7 peamist oskust epitaksitehnoloogias

1. Kõrge (madala) takistusega epitaksiaalkihte saab epitaksiaalselt kasvatada madala (kõrge) resistentsusega substraatidel.
2. N (P) tüüpi epitaksiaalset kihti saab epitaksiaalselt kasvatada P (N) tüüpi substraadil, et moodustada otse PN ristmik. Difusioonimeetodi kasutamisel ühekristallilisele substraadile PN-siirde tegemiseks ei teki kompensatsiooniprobleeme.
3. Koos maskitehnoloogiaga teostatakse selektiivne epitaksiaalne kasv selleks ettenähtud kohtades, luues tingimused integraallülituste ja eristruktuuriga seadmete tootmiseks.
4. Dopingu tüüpi ja kontsentratsiooni saab vastavalt vajadusele muuta epitaksiaalse kasvu protsessi käigus. Kontsentratsiooni muutus võib olla äkiline või aeglane muutus.
5. See võib kasvatada heterogeenseid, mitmekihilisi, mitmekomponentseid ühendeid ja muutuvate komponentidega üliõhukesi kihte.
6. Epitaksiaalset kasvu saab teostada materjali sulamistemperatuurist madalamal temperatuuril, kasvukiirus on kontrollitav ja saavutatakse aatomitaseme paksuse epitaksiaalne kasv.
7. See võib kasvatada monokristallmaterjale, mida ei saa tõmmata, näiteks GaN, tertsiaarsete ja kvaternaarsete ühendite monokristallkihte jne.