Ինչպե՞ս են էպիտաքսիալ շերտերն օգնում կիսահաղորդչային սարքերին:

Էպիտաքսիալ վաֆլի անվան ծագումը

Նախ, եկեք հանրահռչակենք մի փոքր հայեցակարգ. վաֆլի պատրաստումը ներառում է երկու հիմնական օղակ՝ ենթաշերտի պատրաստում և էպիտաքսիալ գործընթաց: Ենթաշերտը վաֆլի է՝ պատրաստված կիսահաղորդչային մեկ բյուրեղյա նյութից։ Ենթաշերտը կարող է ուղղակիորեն մտնել վաֆլի արտադրության գործընթաց՝ կիսահաղորդչային սարքեր արտադրելու համար, կամ այն ​​կարող է մշակվել էպիտաքսիալ պրոցեսներով՝ էպիտաքսիալ վաֆլիներ արտադրելու համար: Էպիտաքսիան վերաբերում է մեկ բյուրեղի նոր շերտի աճեցման գործընթացին մեկ բյուրեղյա սուբստրատի վրա, որը խնամքով մշակվել է կտրելու, մանրացնելու, փայլեցնելու և այլնի միջոցով: Նոր մենաբյուրեղը կարող է լինել նույն նյութը, ինչ ենթաշերտը, կամ կարող է լինել տարբեր նյութական (միատարր) էպիտաքսիա կամ հետերոէպիտաքսիա): Քանի որ նոր միայնակ բյուրեղային շերտը տարածվում և աճում է ըստ ենթաշերտի բյուրեղային փուլի, այն կոչվում է էպիտաքսիալ շերտ (հաստությունը սովորաբար մի քանի միկրոն է, օրինակ վերցնելով սիլիցիումը. Բյուրեղային ենթաշերտը որոշակի բյուրեղային կողմնորոշմամբ Բյուրեղի շերտը լավ ցանցային կառուցվածքով և տարբեր դիմադրողականությամբ և հաստությամբ նույն բյուրեղային կողմնորոշմամբ, ինչպես աճեցվում է ենթաշերտը, իսկ էպիտաքսիալ շերտով ենթաշերտը կոչվում է էպիտաքսիալ վաֆլի (էպիտաքսիալ վաֆլի): էպիտաքսիալ շերտ + ենթաշերտ): Երբ սարքը պատրաստվում է էպիտաքսիալ շերտի վրա, այն կոչվում է դրական էպիտաքսիա։ Եթե ​​սարքը պատրաստվում է հիմքի վրա, այն կոչվում է հակադարձ էպիտաքսիա: Այս պահին էպիտաքսիալ շերտը միայն օժանդակ դեր է խաղում:

Ողորկ վաֆլի

Էպիտաքսիալ աճի մեթոդներ

Մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիա (MBE). Դա կիսահաղորդչային էպիտաքսիալ աճի տեխնոլոգիա է, որն իրականացվում է ծայրահեղ բարձր վակուումային պայմաններում: Այս տեխնիկայում սկզբնական նյութը գոլորշիացվում է ատոմների կամ մոլեկուլների փնջի տեսքով և այնուհետև նստում բյուրեղային սուբստրատի վրա: MBE-ն շատ ճշգրիտ և կառավարելի կիսահաղորդչային բարակ թաղանթի աճի տեխնոլոգիա է, որը կարող է ճշգրիտ վերահսկել ատոմային մակարդակում նստած նյութի հաստությունը:
Մետաղական օրգանական CVD (MOCVD). MOCVD գործընթացում անհրաժեշտ տարրեր պարունակող օրգանական մետաղը և հիդրիդ գազը N գազը մատակարարվում է ենթաշերտին համապատասխան ջերմաստիճանում, ենթարկվում է քիմիական ռեակցիայի՝ անհրաժեշտ կիսահաղորդչային նյութ ստեղծելու համար և նստում են ենթաշերտի վրա: վրա, մինչդեռ մնացած միացությունները և ռեակցիայի արտադրանքները լիցքաթափվում են:
Գոլորշի փուլային էպիտաքսիա (VPE). Գոլորշի փուլային էպիտաքսիան կարևոր տեխնոլոգիա է, որը սովորաբար օգտագործվում է կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության մեջ: Հիմնական սկզբունքն այն է, որ տարրական նյութերի կամ միացությունների գոլորշին տեղափոխվի կրող գազով և բյուրեղների նստեցումը հիմքի վրա քիմիական ռեակցիաների միջոցով:

Ի՞նչ խնդիրներ է լուծում էպիտաքսիայի գործընթացը:

Միայն մեծածավալ միաբյուրեղային նյութերը չեն կարող բավարարել տարբեր կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության աճող կարիքները: Հետևաբար, էպիտաքսիալ աճը, բարակ շերտով մեկ բյուրեղյա նյութի աճի տեխնոլոգիա, մշակվել է 1959թ. վերջում: Այսպիսով, ի՞նչ հատուկ ներդրում ունի էպիտաքսիայի տեխնոլոգիան նյութերի առաջխաղացման գործում:

Սիլիցիումի համար, երբ սկսվեց սիլիցիումի էպիտաքսիալ աճի տեխնոլոգիան, իսկապես դժվար ժամանակ էր սիլիցիումի բարձր հաճախականության և հզորության տրանզիստորների արտադրության համար: Տրանզիստորի սկզբունքների տեսանկյունից բարձր հաճախականություն և բարձր հզորություն ստանալու համար կոլեկտորի տարածքի քայքայման լարումը պետք է լինի բարձր, իսկ շարքի դիմադրությունը պետք է լինի փոքր, այսինքն՝ հագեցվածության լարման անկումը պետք է լինի փոքր: Առաջինը պահանջում է, որ նյութի դիմադրողականությունը հավաքման տարածքում պետք է լինի բարձր, իսկ երկրորդը պահանջում է, որ նյութի դիմադրողականությունը հավաքման տարածքում պետք է լինի ցածր: Երկու գավառները հակասական են միմյանց։ Եթե ​​կոլեկցիոների տարածքում նյութի հաստությունը կրճատվում է սերիայի դիմադրությունը նվազեցնելու համար, ապա սիլիկոնային վաֆլը չափազանց բարակ և փխրուն կլինի մշակման համար: Եթե ​​նյութի դիմադրողականությունը նվազեցվի, դա կհակասի առաջին պահանջին: Այնուամենայնիվ, epitaxial տեխնոլոգիայի զարգացումը հաջող է եղել: լուծել այս դժվարությունը:

Լուծում. Բարձր դիմադրողականությամբ էպիտաքսիալ շերտ աճեցրեք ծայրահեղ ցածր դիմադրողականության հիմքի վրա և սարքը պատրաստեք էպիտաքսիալ շերտի վրա: Այս բարձր դիմադրողականությամբ էպիտաքսիալ շերտը ապահովում է, որ խողովակն ունենա բարձր քայքայման լարում, մինչդեռ ցածր դիմադրության ենթաշերտը նաև նվազեցնում է ենթաշերտի դիմադրությունը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով հագեցվածության լարման անկումը, դրանով իսկ լուծելով երկուսի միջև եղած հակասությունը:

Բացի այդ, էպիտաքսիայի տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են GaAs-ի գոլորշի փուլային էպիտաքսիան և հեղուկ փուլային էպիտաքսիան և III-V, II-VI և այլ մոլեկուլային միացությունների կիսահաղորդչային նյութեր, նույնպես մեծապես զարգացել են և հիմք են հանդիսացել միկրոալիքային սարքերի, օպտոէլեկտրոնային սարքերի, էներգիայի մեծ մասի համար: Դա անփոխարինելի գործընթացային տեխնոլոգիա է սարքերի արտադրության համար, հատկապես մոլեկուլային փնջի և մետաղական օրգանական գոլորշի փուլային էպիտաքսիայի տեխնոլոգիայի հաջող կիրառումը բարակ շերտերում, գերվանդակներում, քվանտային հորերում, լարված գերվանդակներում և ատոմային մակարդակի բարակ շերտի էպիտաքսիայում, որը նոր քայլ կիսահաղորդիչների հետազոտության մեջ. Ոլորտում «էներգագոտի ճարտարագիտության» զարգացումը ամուր հիմքեր է դրել։

Գործնական կիրառություններում լայն շերտով կիսահաղորդչային սարքերը գրեթե միշտ պատրաստվում են էպիտաքսիալ շերտի վրա, իսկ սիլիցիումի կարբիդային վաֆլի ինքնին ծառայում է միայն որպես հիմք: Հետևաբար, էպիտաքսիալ շերտի կառավարումը լայն շերտով կիսահաղորդչային արդյունաբերության կարևոր մասն է:

Էպիտաքսիայի տեխնոլոգիայի 7 հիմնական հմտություններ

1. Բարձր (ցածր) դիմադրողականությամբ էպիտաքսիալ շերտերը կարող են էպիտաքսիալ կերպով աճել ցածր (բարձր) դիմադրողականության սուբստրատների վրա:
2. N (P) տիպի էպիտաքսիալ շերտը կարող է էպիտաքսիալ կերպով աճել P (N) տիպի ենթաշերտի վրա՝ ուղղակիորեն PN հանգույց ստեղծելու համար: Մեկ բյուրեղյա սուբստրատի վրա PN հանգույց ստեղծելու դիֆուզիոն մեթոդի կիրառման դեպքում փոխհատուցման խնդիր չկա:
3. Համակցված դիմակ տեխնոլոգիայի հետ, ընտրովի էպիտաքսիալ աճը կատարվում է նշանակված տարածքներում, պայմաններ ստեղծելով ինտեգրալ սխեմաների և հատուկ կառուցվածքներով սարքերի արտադրության համար:
4. Դոպինգի տեսակը և կոնցենտրացիան կարող է փոխվել ըստ կարիքների՝ էպիտաքսիալ աճի գործընթացում: Համակենտրոնացման փոփոխությունը կարող է լինել հանկարծակի փոփոխություն կամ դանդաղ փոփոխություն:
5. Այն կարող է աճեցնել տարասեռ, բազմաշերտ, բազմաբաղադրիչ միացություններ և փոփոխական բաղադրիչներով ծայրահեղ բարակ շերտեր:
6. Էպիտաքսիալ աճը կարող է իրականացվել նյութի հալման կետից ցածր ջերմաստիճանում, աճի արագությունը վերահսկելի է, և կարելի է հասնել ատոմային մակարդակի հաստության էպիտաքսիալ աճի:
7. Այն կարող է աճեցնել միաբյուրեղային նյութեր, որոնք չեն կարող քաշվել, ինչպիսիք են GaN-ը, երրորդական և չորրորդական միացությունների միաբյուրեղային շերտերը և այլն։