Эпитаксиалдык катмарлар жарым өткөргүч түзмөктөргө кантип жардам берет?

Эпитаксиалдык пластинка аталышынын келип чыгышы

Биринчиден, кичинекей концепцияны популярдуу кылалы: пластинка даярдоо эки негизги шилтемени камтыйт: субстрат даярдоо жана эпитаксиалдык процесс. Субстрат жарым өткөргүчтүү монокристалл материалдан жасалган пластинка болуп саналат. Субстрат жарым өткөргүч түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн пластина өндүрүш процессине түздөн-түз кире алат же эпитаксиалдык пластиналарды өндүрүү үчүн эпитаксиалдык процесстер менен иштетилиши мүмкүн. Эпитаксия монокристаллдын жаңы катмарын кесүү, майдалоо, жылмалоо ж.б. жолу менен кылдат иштетилген бир кристалл субстратында өстүрүү процессин билдирет. Жаңы монокристалл субстрат сыяктуу эле материал болушу мүмкүн же ал ар кандай материалдуу (гомогендүү) эпитаксия же гетероепитаксия). Жаңы монокристалл катмары субстраттын кристаллдык фазасына ылайык кеңейип, өскөндүктөн, ал эпитаксиалдык катмар деп аталат (калыңдыгы көбүнчө бир нече микронду түзөт, мисалы кремнийди алсак: кремнийдин эпитаксиалдык өсүүсүнүн мааниси кремнийдин жалгыз бетинде. кристаллдык субстрат белгилүү бир кристаллдык ориентацияга ээ болгон кристалл катмары жакшы тор түзүлүшү менен бирдей жана ар кандай каршылык менен калыңдыгы. субстрат өскөн кристалл багыты), ал эми эпитаксиалдык катмары бар субстрат эпитаксиалдык пластинка деп аталат (эпитаксиалдык пластинка = эпитаксиалдык катмар + субстрат). Аппарат эпитаксиалдык катмарда жасалганда, ал оң эпитакс деп аталат. Аппарат субстраттын үстүндө жасалган болсо, анда ал тескери эпитаксия деп аталат. Бул учурда эпитаксиалдык катмар көмөкчү ролду гана аткарат.

Жылтыратылган вафли

Эпитаксиалдык өсүү ыкмалары

Молекулярдык нур эпитаксиясы (MBE): Бул өтө жогорку вакуумдук шарттарда аткарылган жарым өткөргүчтүү эпитаксиалдык өсүү технологиясы. Бул ыкмада баштапкы материал атомдордун же молекулалардын нуру түрүндө бууланып, андан кийин кристаллдык субстратка жайгаштырылат. MBE - бул өтө так жана башкарылуучу жарым өткөргүч ичке пленканы өстүрүүчү технология, ал атомдук деңгээлде депозиттик материалдын калыңдыгын так көзөмөлдөй алат.
Металл органикалык CVD (MOCVD): MOCVD процессинде керектүү элементтерди камтыган органикалык металл жана гидрид газы N тиешелүү температурада субстратка берилет, керектүү жарым өткөргүч материалды пайда кылуу үчүн химиялык реакциядан өтүшөт жана субстраттын үстүнө жайгаштырылат. боюнча, ал эми калган кошулмалар жана реакция продуктылары чыгарылат.
Буу фаза эпитаксиясы (VPE): Буу фаза эпитаксиясы, адатта, жарым өткөргүч түзүлүштөрдү өндүрүүдө колдонулган маанилүү технология болуп саналат. Негизги принцип – элементардык заттардын же кошулмалардын буусун алып жүрүүчү газга ташуу жана химиялык реакциялар аркылуу кристаллдарды субстратка салуу.

Эпитаксия процесси кандай маселелерди чечет?

Бир гана жапырт монокристалл материалдары ар кандай жарым өткөргүч приборлорду өндүрүүнүн өсүп жаткан муктаждыктарын канааттандыра албайт. Ошондуктан, эпитаксиалдык өсүү, жука катмарлуу бир кристаллдык материалды өстүрүү технологиясы 1959-жылдын аягында иштелип чыккан. Анда эпитаксиялык технология материалдардын өнүгүшүнө кандай өзгөчө салымы бар?

кремний үчүн, кремний эпитаксиалдык өсүү технологиясы башталганда, ал кремний жогорку жыштыктагы жана жогорку кубаттуулуктагы транзисторлорду өндүрүү үчүн чынында эле кыйын мезгил болгон. Транзистордук принциптердин көз карашынан алганда, жогорку жыштык жана жогорку кубаттуулукту алуу үчүн коллектордук аймактын бузулуу чыңалуусу жогору жана катар каршылыгы аз болушу керек, башкача айтканда, каныккан чыңалуу аз болушу керек. Биринчиси чогултуучу аймактагы материалдын каршылыгы жогору болушун талап кылат, ал эми экинчиси чогултуучу аймактагы материалдын каршылыгы төмөн болушун талап кылат. Эки облус бири-бирине карама-каршы келет. Эгерде коллектордук аймактагы материалдын калыңдыгы сериялык каршылыкты азайтуу үчүн азайтылса, кремний пластинкасы өтө жука жана морт болуп калат. Эгерде материалдын каршылыгы азайса, ал биринчи талапка карама-каршы келет. Бирок, эпитаксиалдык технологияны өнүктүрүү ийгиликтүү болду. бул кыйынчылыкты чечти.

Чечим: Өтө төмөн каршылыктагы субстратта жогорку каршылыктагы эпитаксиалдык катмарды өстүрүңүз жана аппаратты эпитаксиалдык катмарга жасаңыз. Бул жогорку каршылыктуу эпитаксиалдык катмар түтүктүн жогорку бузулуу чыңалууга ээ болушун камсыз кылат, ал эми төмөн каршылыктагы субстрат Ал ошондой эле субстраттын каршылыгын азайтат, ошону менен каныккан чыңалуу төмөндөшүн азайтат, ошону менен экөөнүн ортосундагы карама-каршылыкты чечет.

Мындан тышкары, GaAs жана башка III-V, II-VI жана башка молекулярдык кошулма жарым өткөргүч материалдардын буу фазасынын эпитаксиясы жана суюк фазадагы эпитаксиси сыяктуу эпитаксиялык технологиялар да абдан иштелип чыккан жана көпчүлүк микротолкундуу приборлордун, оптоэлектрондук түзүлүштөрдүн, кубаттуулуктун негизи болуп калды. Бул аппараттарды өндүрүү үчүн ажырагыс технология болуп саналат, өзгөчө жука молекулярдык нур жана металл органикалык буу фаза эпитаксисинин технологиясын ийгиликтүү колдонуу. катмарлар, үстүнкү торчо, кванттык скважиналар, чыңалуу супер торлор жана атомдук деңгээлдеги жука катмарлуу эпитаксия, бул жарым өткөргүчтөрдү изилдөөдө жаңы кадам болуп саналат. Жер-жерлерде «энергетикалык ленталык инженерияны» енуктуруу бекем негиз тузду.

Практикалык колдонмолордо кең тилкелүү жарым өткөргүч түзүлүштөр дээрлик дайыма эпитаксиалдык катмарда жасалат, ал эми кремний карбид пластинкасы субстрат катары гана кызмат кылат. Ошондуктан, эпитаксиалдык катмарды башкаруу кең тилкелүү жарым өткөргүч өнөр жайынын маанилүү бөлүгү болуп саналат.

Эпитаксиялык технологиядагы 7 негизги көндүмдөр

1. Жогорку (төмөн) туруктуу эпитаксиалдык катмарларды эпитаксиалдык жактан төмөн (жогорку) каршылыктуу субстраттарда өстүрсө болот.
2. N (P) түрү epitaxial катмары epitaxially P (N) түрү субстрат боюнча PN кошуу түз түзүү үчүн өстүрүлүшү мүмкүн. Жалгыз кристаллдык субстратта PN түйүнүн түзүү үчүн диффузиялык ыкманы колдонууда компенсация көйгөйү жок.
3. Маска технологиясы менен айкалышып, тандалма эпитаксиалдык өсүү интегралдык микросхемаларды жана атайын түзүмдөрү бар приборлорду чыгаруу үчүн шарттарды түзүү менен белгиленген аймактарда жүргүзүлөт.
4. Допингдин түрү жана концентрациясы эпитаксиалдык өсүү процессинде муктаждыктарга жараша өзгөртүлүшү мүмкүн. Концентрациянын өзгөрүшү күтүүсүз өзгөрүү же жай өзгөрүшү мүмкүн.
5. Ал гетерогендүү, көп катмарлуу, көп компоненттүү кошулмаларды жана өзгөрүлмө компоненттери бар ультра жука катмарларды өстүрө алат.
6. Эпитаксиалдык өсүү материалдын эрүү температурасынан төмөн температурада жүргүзүлүшү мүмкүн, өсүү темпи көзөмөлдөнөт жана атомдук деңгээлдеги калыңдыктын эпитаксиалдык өсүшүнө жетишүүгө болот.
7. Ал тартылууга мүмкүн эмес монокристаллдык материалдарды өстүрө алат, мисалы, GaN, үчүнчү жана төртүнчүлүк кошулмалардын монокристалл катмарлары, ж.б.