Эпитаксиаль давхаргууд нь хагас дамжуулагч төхөөрөмжид хэрхэн тусалдаг вэ?

Эпитаксиаль талст гэсэн нэрний гарал үүсэл

Нэгдүгээрт, жижиг ойлголтыг дэлгэрүүлье: вафель бэлтгэх нь субстрат бэлтгэх ба эпитаксиаль процесс гэсэн хоёр үндсэн холбоосыг агуулдаг. Субстрат нь хагас дамжуулагч нэг болор материалаар хийгдсэн вафель юм. Субстрат нь хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд вафель үйлдвэрлэх процесст шууд орж болно, эсвэл эпитаксиаль процессоор боловсруулж, эпитаксиаль хавтан үйлдвэрлэх боломжтой. Эпитакси гэдэг нь зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх гэх мэт нарийн боловсруулалт хийсэн нэг талст субстрат дээр нэг талст шинэ давхаргыг ургуулах үйл явцыг хэлнэ. Шинэ моно болор нь субстраттай ижил материал байж болно. өөр материаллаг (нэг төрлийн) эпитакси эсвэл гетероепитакси). Шинэ дан болор давхарга нь субстратын талст фазын дагуу сунаж, ургадаг тул үүнийг эпитаксиаль давхарга гэж нэрлэдэг (зузаан нь ихэвчлэн хэдэн микрон байдаг, цахиурыг жишээ болгон авдаг: цахиурын эпитаксиаль өсөлтийн утга нь цахиурын дан дээр байдаг. тодорхой болор чиг баримжаатай болор субстрат сайн торны бүтэцтэй, ижил эсэргүүцэл ба зузаантай талст давхарга. субстрат ургах үед талст чиг баримжаа), эпитаксиаль давхаргатай субстратыг эпитаксиаль хавтан гэж нэрлэдэг (эпитаксиаль давхарга = эпитаксиаль давхарга + субстрат). Төхөөрөмжийг эпитаксиаль давхарга дээр хийх үед үүнийг эерэг эпитакси гэж нэрлэдэг. Хэрэв төхөөрөмжийг субстрат дээр хийсэн бол урвуу эпитакси гэж нэрлэдэг. Энэ үед эпитаксиаль давхарга нь зөвхөн туслах үүрэг гүйцэтгэдэг.

Өнгөлсөн вафель

Эпитаксиаль өсөлтийн аргууд

Молекулын цацрагийн эпитакси (MBE): Энэ нь хэт өндөр вакуум нөхцөлд хийгддэг хагас дамжуулагч эпитаксиаль өсөлтийн технологи юм. Энэ техникээр эх материалыг атом эсвэл молекулын цацраг хэлбэрээр ууршуулж, дараа нь талст субстрат дээр хадгалдаг. MBE нь атомын түвшинд хуримтлагдсан материалын зузааныг нарийн хянах чадвартай хагас дамжуулагч нимгэн хальсыг ургуулах маш нарийн бөгөөд хяналттай технологи юм.
Металл органик CVD (MOCVD): MOCVD процесст шаардлагатай элементүүдийг агуулсан органик металл ба гидридийн хий N-ийг зохих температурт субстрат руу нийлүүлж, шаардлагатай хагас дамжуулагч материалыг үүсгэхийн тулд химийн урвалд орж, субстрат дээр хадгалдаг. дээр, үлдсэн нэгдлүүд болон урвалын бүтээгдэхүүнүүд гадагшилдаг.
Уурын фазын эпитакси (VPE): Уурын фазын эпитакси нь хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд түгээмэл хэрэглэгддэг чухал технологи юм. Үндсэн зарчим нь химийн урвалаар элементийн бодис эсвэл нэгдлүүдийн уурыг зөөвөрлөгч хийд зөөвөрлөх, талстыг субстрат дээр байрлуулах явдал юм.

Эпитаксийн процесс ямар асуудлыг шийддэг вэ?

Төрөл бүрийн хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэх өсөн нэмэгдэж буй хэрэгцээг зөвхөн нэг талст материалаар хангаж чадахгүй. Тиймээс 1959 оны сүүлээр нимгэн давхаргатай нэг талст материалын өсөлтийн технологи болох эпитаксийн өсөлтийг бий болгосон. Тэгэхээр эпитаксийн технологи нь материалын хөгжилд ямар онцгой хувь нэмэр оруулж байна вэ?

Цахиурын хувьд цахиурын эпитаксиаль өсөлтийн технологи эхлэхэд цахиурын өндөр давтамж, өндөр хүчин чадалтай транзистор үйлдвэрлэхэд үнэхээр хэцүү үе байсан. Транзисторын зарчмын үүднээс авч үзвэл өндөр давтамж, өндөр хүчийг олж авахын тулд коллекторын талбайн эвдрэлийн хүчдэл өндөр байх ёстой бөгөөд цуврал эсэргүүцэл нь бага байх ёстой, өөрөөр хэлбэл ханалтын хүчдэлийн уналт бага байх ёстой. Эхнийх нь цуглуулах талбайн материалын эсэргүүцэл өндөр байхыг шаарддаг бол сүүлийнх нь цуглуулах талбайн материалын эсэргүүцэл бага байхыг шаарддаг. Хоёр аймаг хоорондоо зөрчилддөг. Цуврал эсэргүүцлийг багасгахын тулд коллекторын талбайн материалын зузааныг багасгасан бол цахиурын хавтанг боловсруулахад хэтэрхий нимгэн, эмзэг байх болно. Хэрэв материалын эсэргүүцлийг бууруулсан бол энэ нь эхний шаардлагад харшлах болно. Гэсэн хэдий ч epitaxial технологийн хөгжил амжилттай болсон. энэ бэрхшээлийг шийдсэн.

Шийдэл: Хэт бага эсэргүүцэлтэй субстрат дээр өндөр эсэргүүцэлтэй эпитаксиаль давхаргыг ургуулж, төхөөрөмжийг эпитаксиаль давхарга дээр хийнэ. Энэхүү өндөр эсэргүүцэлтэй эпитаксиаль давхарга нь хоолой нь эвдрэлийн өндөр хүчдэлтэй байхыг баталгаажуулдаг бол бага эсэргүүцэлтэй субстрат нь мөн субстратын эсэргүүцлийг бууруулж, ханалтын хүчдэлийн уналтыг бууруулж, улмаар хоёрын хоорондох зөрчилдөөнийг шийддэг.

Нэмж дурдахад уурын фазын эпитакси, шингэн фазын эпитакси зэрэг GaAs болон бусад III-V, II-VI болон бусад молекулын нэгдлийн хагас дамжуулагч материал зэрэг эпитаксийн технологиуд ихээхэн хөгжиж, ихэнх богино долгионы төхөөрөмж, оптоэлектроник төхөөрөмж, цахилгаан эрчим хүчний үндэс суурь болсон. Энэ нь төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай технологи, ялангуяа молекулын цацраг, металлын органик уурын фазын эпитаксины технологийг нимгэн давхаргад амжилттай ашиглах явдал юм. давхарга, дээд тор, квантын худаг, хурцадмал superlattices, атомын түвшний нимгэн давхаргын эпитакс зэрэг нь хагас дамжуулагчийн судалгааны шинэ алхам юм. Энэ салбарт “эрчим хүчний туузан инженерчлэл”-ийг хөгжүүлснээр бат бөх суурийг тавьсан.

Практик хэрэглээнд өргөн зурвас бүхий хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг бараг үргэлж эпитаксиаль давхарга дээр хийдэг бөгөөд цахиурын карбид хавтан нь өөрөө зөвхөн субстрат болдог. Тиймээс эпитаксиаль давхаргыг хянах нь өргөн зурвасын хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн чухал хэсэг юм.

Эпитаксийн технологийн 7 үндсэн ур чадвар

1. Өндөр (бага) эсэргүүцэлтэй эпитаксиаль давхаргууд нь бага (өндөр) эсэргүүцэлтэй субстрат дээр эпитакс ургаж болно.
2. N (P) төрлийн эпитаксиаль давхаргыг P (N) төрлийн субстрат дээр эпитаксиаль байдлаар ургуулж, шууд PN уулзвар үүсгэх боломжтой. Нэг болор субстрат дээр PN-ийн уулзвар үүсгэхийн тулд диффузийн аргыг ашиглах үед нөхөн олговрын асуудал байхгүй.
3. Маск технологитой хослуулан сонгомол эпитаксиаль өсөлтийг зориулалтын талбайд хийж, тусгай бүтэцтэй нэгдсэн хэлхээ, төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх нөхцөлийг бүрдүүлдэг.
4. Допингийн төрөл, концентрацийг эпитаксиаль өсөлтийн явцад хэрэгцээ шаардлагаас хамааран өөрчилж болно. Төвлөрлийн өөрчлөлт нь гэнэтийн өөрчлөлт эсвэл удаан өөрчлөлт байж болно.
5. Энэ нь нэг төрлийн бус, олон давхаргат, олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй нэгдлүүд болон хувьсах бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй хэт нимгэн давхаргад ургаж болно.
6. Эпитаксиаль өсөлтийг материалын хайлах цэгээс бага температурт гүйцэтгэж, өсөлтийн хурдыг хянах боломжтой, атомын түвшний зузаантай эпитаксиаль өсөлтийг бий болгож чадна.
7. ГаН, гуравдагч болон дөрөвдөгч нэгдлүүдийн нэг талст давхарга гэх мэт татах боломжгүй дан болор материалыг ургуулж чадна.