Nola laguntzen diete geruza epitaxialek gailu erdieroaleei?

Epitaxial wafer izenaren jatorria

Lehenik eta behin, ezagutzera eman dezagun kontzeptu txiki bat: obleen prestaketak bi lotura nagusi ditu: substratuaren prestaketa eta prozesu epitaxiala. Substratua kristal bakarreko material erdieroalez egindako ostia da. Substratua zuzenean sar daiteke obleen fabrikazio-prozesuan gailu erdieroaleak ekoizteko, edo prozesu epitaxialen bidez prozesatu daiteke obleak epitaxialak sortzeko. Epitaxia kristal bakarreko geruza berri bat hazteko prozesuari egiten dio erreferentzia, kristal bakarreko substratu batean, arreta handiz prozesatu dena ebakiz, arteztuz, leuntuz, etab. Kristal bakarra substratuaren material bera izan daiteke, edo izan daiteke. material ezberdina (homogeneoa) epitaxia edo heteroepitaxia). Kristal bakarreko geruza berria substratuaren kristal-fasearen arabera hedatzen eta hazten denez, geruza epitaxial deritzo (lodiera mikra gutxikoa izan ohi da, silizioa adibidetzat hartuta: silizio epitaxialaren hazkuntzaren esanahia silizio bakarrean dago). Kristalaren orientazio jakin bat duen substratua, sare-egituraren osotasun ona eta kristal berarekin erresistentzia eta lodiera desberdina duen kristal-geruza. substratua hazten den heinean orientazioa), eta geruza epitaxiala duen substratuari oblea epitaxia deritzo (oblea epitaxia = geruza epitaxia + substratua). Gailua geruza epitaxialean egiten denean, epitaxia positiboa deritzo. Gailua substratuan egiten bada, alderantzizko epitaxia deritzo. Une honetan, geruza epitaxialak euskarri papera baino ez du jokatzen.

Ostia leundua

Hazkuntza epitaxialeko metodoak

Molecular Beam Epitaxia (MBE): hazkuntza epitaxial erdieroalearen teknologia bat da, huts ultra-altuko baldintzetan egiten dena. Teknika honetan, iturburu-materiala atomo edo molekula-sorta baten moduan lurruntzen da eta, ondoren, substratu kristalino batean metatzen da. MBE oso zehatza eta kontrolagarria den erdieroaleen film mehe hazteko teknologia da, maila atomikoan metatutako materialaren lodiera zehatz kontrolatu dezakeena.
CVD organiko metalikoa (MOCVD): MOCVD prozesuan, beharrezkoak diren elementuak dituen metal organikoa eta hidruro gasa N gasa substratuari tenperatura egokian ematen zaio, erreakzio kimiko bat jasaten dute beharrezko material erdieroalea sortzeko eta substratuan metatzen dira. on, gainerako konposatuak eta erreakzio produktuak isurtzen diren bitartean.
Lurrun faseko epitaxia (VPE): Lurrun faseko epitaxia gailu erdieroaleen ekoizpenean erabili ohi den teknologia garrantzitsua da. Oinarrizko printzipioa substantzia edo konposatu elementalen lurruna gas eramaile batean garraiatzea da, eta kristalak substratuan erreakzio kimikoen bidez uztea.

Zein arazo konpontzen ditu epitaxia prozesuak?

Kristal bakarreko material solteak bakarrik ezin ditu hainbat gailu erdieroale fabrikatzeko gero eta beharrak ase. Hori dela eta, hazkunde epitaxiala, geruza meheko kristal bakarreko materialaren hazteko teknologia, 1959. urtearen amaieran garatu zen. Beraz, zer ekarpen zehatz du epitaxia teknologiak materialen aurrerapenean?

Silizioarentzat, silizio epitaxialeko hazkuntza teknologia hasi zenean, benetan garai zaila izan zen silizio maiztasun handiko eta potentzia handiko transistoreak ekoizteko. Transistore-printzipioen ikuspegitik, maiztasun handia eta potentzia handia lortzeko, kolektore-eremuaren matxura-tentsioa altua izan behar da eta serieko erresistentzia txikia izan behar da, hau da, saturazio-tentsio jaitsiera txikia izan behar da. Lehenengoak biltzeko eremuko materialaren erresistibitatea altua izatea eskatzen du, bigarrenak, berriz, biltzeko eremuko materialaren erresistentzia baxua izan behar duela. Bi probintziak elkarren kontrakoak dira. Kolektore-eremuko materialaren lodiera murrizten bada serie-erresistentzia murrizteko, silizio-ostia meheegia eta hauskorra izango da prozesatu ahal izateko. Materialaren erresistibitatea murrizten bada, lehenengo eskakizunarekin kontraesanean egongo da. Hala ere, teknologia epitaxialaren garapena arrakastatsua izan da. zailtasun hori konpondu zuen.

Irtenbidea: hazi erresistentzia handiko geruza epitaxial bat oso erresistentzia baxuko substratu batean eta egin gailua geruza epitaxialean. Erresistentzia handiko geruza epitaxial honek hodiak matxura-tentsio handia duela bermatzen du, erresistentzia baxuko substratuak, berriz, substratuaren erresistentzia murrizten du, horrela saturazio-tentsio-jaitsiera murrizten du, eta horrela bien arteko kontraesana konponduz.

Horrez gain, epitaxia teknologiak, hala nola lurrun faseko epitaxia eta GaAs-en fase likidoaren epitaxia eta beste III-V, II-VI eta beste material erdieroale konposatu molekularrak ere asko garatu dira eta mikrouhin-gailu, gailu optoelektroniko eta potentzia gehienen oinarri bihurtu dira. Gailuak ekoizteko ezinbesteko prozesu-teknologia da, batez ere izpi molekularra eta metal-lurrun-fase organikoko epitaxia teknologia arrakastaz aplikatzea geruza meheetan, supersareetan, kuantikoan. putzuak, tentsio-sareak eta atomo-mailako geruza meheko epitaxia, erdieroaleen ikerketan urrats berria dena. "Energia gerriko ingeniaritza" eremuan garatzeak oinarri sendoak ezarri ditu.

Aplikazio praktikoetan, banda zabaleko erdieroaleen gailuak ia beti geruza epitaxialean egiten dira, eta silizio karburozko obleak berak substratu gisa baino ez du balio. Hori dela eta, geruza epitaxialaren kontrola banda zabaleko erdieroaleen industriaren zati garrantzitsu bat da.

7 trebetasun nagusi epitaxia teknologian

1. Erresistentzia handiko (baxua) geruza epitaxialak epitaxialki hazi daitezke erresistentzia baxuko (altuko) substratuetan.
2. N (P) motako geruza epitaxiala P (N) motako substratuan epitaxialki hazi daiteke PN juntura zuzenean osatzeko. Ez dago konpentsazio-arazorik kristal bakarreko substratu batean PN juntura bat egiteko difusio-metodoa erabiltzean.
3. Maskararen teknologiarekin konbinatuta, hazkuntza epitaxial selektiboa egiten da izendatutako eremuetan, egitura bereziak dituzten zirkuitu integratuak eta gailuak ekoizteko baldintzak sortuz.
4. Dopin mota eta kontzentrazioa beharren arabera alda daitezke hazkunde epitaxialaren prozesuan. Kontzentrazio-aldaketa bat-bateko aldaketa edo aldaketa motela izan daiteke.
5. Konposatu heterogeneoak, geruza anitzekoak, osagai anitzekoak eta osagai aldakorrak dituzten geruza ultrameheak hazi daitezke.
6. Hazkunde epitaxiala materialaren urtze-puntua baino tenperatura baxuagoan egin daiteke, hazkunde-tasa kontrolagarria da eta atomo-mailako lodieraren hazkunde epitaxiala lor daiteke.
7. Tira ezin diren kristal bakarreko materialak hazi ditzake, hala nola GaN, konposatu tertziario eta kuaternarioen kristal bakarreko geruzak, etab.