Kako epitaksijalni slojevi pomažu poluvodičkim uređajima?

Podrijetlo naziva epitaksijalna pločica

Prvo, popularizirajmo mali koncept: priprema pločice uključuje dvije glavne karike: pripremu supstrata i epitaksijalni proces. Podloga je pločica izrađena od poluvodičkog monokristalnog materijala. Supstrat može izravno ući u proces proizvodnje pločica za proizvodnju poluvodičkih uređaja ili se može obraditi epitaksijalnim procesima za proizvodnju epitaksijalnih pločica. Epitaksija se odnosi na proces rasta novog sloja monokristala na monokristalnoj podlozi koja je pažljivo obrađena rezanjem, brušenjem, poliranjem itd. Novi monokristal može biti isti materijal kao supstrat, ili može biti različiti materijal (homogena) epitaksija ili heteroepitaksija). Budući da se novi monokristalni sloj proteže i raste u skladu s kristalnom fazom supstrata, naziva se epitaksijalni sloj (debljina je obično nekoliko mikrona, uzimajući silicij kao primjer: značenje epitaksijalnog rasta silicija je na jednom siliciju kristalni supstrat s određenom kristalnom orijentacijom Sloj kristala s dobrim integritetom rešetkaste strukture i različitim otporom i debljinom s istom kristalnom orijentacijom kao supstrat) a podloga s epitaksijalnim slojem naziva se epitaksijalna pločica (epitaksijalna pločica = epitaksijalni sloj + podloga). Kada je uređaj izrađen na epitaksijalnom sloju, to se naziva pozitivna epitaksija. Ako je uređaj izrađen na podlozi, to se naziva reverzna epitaksija. U ovom trenutku epitaksijalni sloj igra samo pomoćnu ulogu.

Polirana oblatna

Metode epitaksijalnog rasta

Molecular beam epitaxy (MBE): To je tehnologija epitaksijalnog rasta poluvodiča koja se izvodi u uvjetima ultra visokog vakuuma. U ovoj tehnici, izvorni materijal se isparava u obliku snopa atoma ili molekula i zatim taloži na kristalnu podlogu. MBE je vrlo precizna i kontrolirana tehnologija rasta tankog filma poluvodiča koja može precizno kontrolirati debljinu nataloženog materijala na atomskoj razini.
Metalno organski CVD (MOCVD): U procesu MOCVD, organski metal i hidridni plin N koji sadrži tražene elemente dovodi se u podlogu na odgovarajućoj temperaturi, podvrgava se kemijskoj reakciji za stvaranje potrebnog poluvodičkog materijala i taloži se na podlogu. dok se preostali spojevi i produkti reakcije ispuštaju.
Parna fazna epitaksija (VPE): parna fazna epitaksija je važna tehnologija koja se obično koristi u proizvodnji poluvodičkih uređaja. Osnovni princip je prijenos pare elementarnih tvari ili spojeva u plinu nosaču i taloženje kristala na podlogu kroz kemijske reakcije.

Koje probleme rješava postupak epitaksije?

Samo masovni monokristalni materijali ne mogu zadovoljiti rastuće potrebe proizvodnje raznih poluvodičkih uređaja. Stoga je epitaksijalni rast, tehnologija rasta monokristalnog materijala tankog sloja, razvijena krajem 1959. Dakle, kakav specifični doprinos ima tehnologija epitaksije napretku materijala?

Za silicij, kada je počela tehnologija epitaksijalnog rasta silicija, bilo je stvarno teško vrijeme za proizvodnju silicijevih tranzistora visoke frekvencije i velike snage. Iz perspektive principa tranzistora, da bi se postigla visoka frekvencija i velika snaga, probojni napon područja kolektora mora biti visok, a serijski otpor mora biti mali, odnosno pad napona zasićenja mora biti mali. Prvo zahtijeva da otpornost materijala u sabirnom području bude visoka, dok potonja zahtijeva da otpornost materijala u sabirnom području bude niska. Dvije pokrajine su kontradiktorne jedna drugoj. Ako se debljina materijala u području kolektora smanji kako bi se smanjio serijski otpor, silicijska pločica bit će pretanka i krhka za obradu. Ako se otpornost materijala smanji, to će biti u suprotnosti s prvim zahtjevom. Međutim, razvoj epitaksijalne tehnologije bio je uspješan. riješio ovu poteškoću.

Rješenje: Izradite epitaksijalni sloj visokog otpora na supstratu izuzetno niskog otpora i izradite uređaj na epitaksijalnom sloju. Ovaj epitaksijalni sloj visokog otpora osigurava da cijev ima visok probojni napon, dok supstrat s niskim otporom također smanjuje otpor supstrata, čime se smanjuje pad napona zasićenja, čime se rješava kontradikcija između to dvoje.

Osim toga, tehnologije epitaksije kao što je epitaksija u parnoj fazi i epitaksija u tekućoj fazi GaAs i drugih III-V, II-VI i drugih molekularnih spojeva poluvodičkih materijala također su uvelike razvijene i postale su osnova za većinu mikrovalnih uređaja, optoelektroničkih uređaja, napajanja To je nezamjenjiva procesna tehnologija za proizvodnju uređaja, posebice uspješnu primjenu tehnologije epitaksije molekularne zrake i metalne organske parne faze u tankim slojevima, superrešetke, kvantne jame, napete superrešetke i tankoslojnu epitaksiju na atomskoj razini, što je novi korak u istraživanju poluvodiča. Razvoj "inženjeringa energetskih pojaseva" na tom području postavio je čvrste temelje.

U praktičnim primjenama poluvodički uređaji sa širokim pojasnim razmakom gotovo se uvijek izrađuju na epitaksijalnom sloju, a sama pločica od silicijevog karbida služi samo kao podloga. Stoga je kontrola epitaksijalnog sloja važan dio industrije poluvodiča sa širokim pojasnim razmakom.

7 glavnih vještina u tehnologiji epitaksije

1. Epitaksijalni slojevi visoke (niske) otpornosti mogu se epitaksijalno uzgajati na podlogama niske (visoke) otpornosti.
2. Epitaksijalni sloj tipa N (P) može se epitaksijalno uzgajati na supstratu tipa P (N) kako bi se izravno formirao PN spoj. Ne postoji problem kompenzacije kada se koristi difuzijska metoda za izradu PN spoja na monokristalnoj podlozi.
3. U kombinaciji s tehnologijom maske, selektivni epitaksijalni rast izvodi se u određenim područjima, stvarajući uvjete za proizvodnju integriranih sklopova i uređaja s posebnim strukturama.
4. Vrsta i koncentracija dopinga mogu se mijenjati prema potrebama tijekom procesa epitaksijalnog rasta. Promjena koncentracije može biti nagla promjena ili spora promjena.
5. Može uzgajati heterogene, višeslojne, višekomponentne spojeve i ultra-tanke slojeve s promjenjivim komponentama.
6. Epitaksijalni rast se može izvesti na temperaturi nižoj od tališta materijala, brzina rasta se može kontrolirati i može se postići epitaksijalni rast debljine na atomskoj razini.
7. Može uzgajati monokristalne materijale koji se ne mogu povući, kao što su GaN, monokristalni slojevi tercijarnih i kvarternih spojeva, itd.