एपिटेक्सियल तहहरूले अर्धचालक उपकरणहरूलाई कसरी मद्दत गर्छ?

नाम epitaxial वेफर को उत्पत्ति

पहिले, एउटा सानो अवधारणालाई लोकप्रिय बनाउनुहोस्: वेफर तयारीले दुई प्रमुख लिङ्कहरू समावेश गर्दछ: सब्सट्रेट तयारी र एपिटेक्सियल प्रक्रिया। सब्सट्रेट अर्धचालक एकल क्रिस्टल सामग्रीबाट बनेको वेफर हो। सब्सट्रेट सेमीकन्डक्टर उपकरणहरू उत्पादन गर्न वेफर निर्माण प्रक्रियामा सीधा प्रवेश गर्न सक्छ, वा एपिटेक्सियल वेफरहरू उत्पादन गर्न एपिटेक्सियल प्रक्रियाहरूद्वारा प्रशोधन गर्न सकिन्छ। Epitaxy ले एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा एकल क्रिस्टलको नयाँ तह बढ्ने प्रक्रियालाई बुझाउँछ जुन काट्ने, पीस्ने, पालिस गर्ने, इत्यादि द्वारा सावधानीपूर्वक प्रशोधन गरिएको छ। नयाँ एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट जस्तै समान सामग्री हुन सक्छ, वा यो एक हुन सक्छ। विभिन्न सामग्री (सजातीय) एपिटेक्सी वा हेटेरोएपिटक्सी)। किनभने नयाँ एकल क्रिस्टल तह सब्सट्रेटको क्रिस्टल चरण अनुसार विस्तार र बढ्छ, यसलाई एपिटेक्सियल तह भनिन्छ (मोटाई सामान्यतया केही माइक्रोन हुन्छ, उदाहरणको रूपमा सिलिकन लिनुहोस्: सिलिकन एपिटेक्सियल वृद्धिको अर्थ सिलिकन एकलमा हुन्छ। एक निश्चित क्रिस्टल अभिविन्यासको साथ क्रिस्टल सब्सट्रेट राम्रो जाली संरचना अखण्डता र विभिन्न प्रतिरोधात्मकता र मोटाईको साथ सब्सट्रेट बढेको जस्तै क्रिस्टल अभिमुखीकरण), र एपिटेक्सियल लेयर भएको सब्सट्रेटलाई एपिटेक्सियल वेफर (एपिटेक्सियल वेफर = एपिटेक्सियल लेयर + सब्सट्रेट) भनिन्छ। जब उपकरण epitaxial तहमा बनाइन्छ, यसलाई सकारात्मक epitaxy भनिन्छ। यदि उपकरण सब्सट्रेटमा बनाइन्छ भने, यसलाई रिवर्स एपिटेक्सी भनिन्छ। यस समयमा, epitaxial तहले मात्र समर्थन भूमिका खेल्छ।

पॉलिश वेफर

Epitaxial वृद्धि विधिहरू

आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE): यो एक अर्धचालक एपिटेक्सियल विकास प्रविधि हो जुन अल्ट्रा-उच्च भ्याकुम अवस्थाहरूमा प्रदर्शन गरिन्छ। यस प्रविधिमा, स्रोत सामग्रीलाई परमाणु वा अणुहरूको बीमको रूपमा वाष्पीकरण गरिन्छ र त्यसपछि क्रिस्टलीय सब्सट्रेटमा जम्मा गरिन्छ। MBE एक धेरै सटीक र नियन्त्रण योग्य अर्धचालक पतली फिल्म वृद्धि प्रविधि हो जसले परमाणु स्तरमा जम्मा गरिएको सामग्रीको मोटाईलाई ठीकसँग नियन्त्रण गर्न सक्छ।
मेटल अर्गानिक CVD (MOCVD): MOCVD प्रक्रियामा, आवश्यक तत्वहरू भएको जैविक धातु र हाइड्राइड ग्यास N ग्यासलाई उपयुक्त तापक्रममा सब्सट्रेटमा आपूर्ति गरिन्छ, आवश्यक अर्धचालक सामग्री उत्पन्न गर्न रासायनिक प्रतिक्रियाबाट गुज्रिन्छ, र सब्सट्रेटमा जम्मा गरिन्छ। मा, जबकि बाँकी यौगिकहरू र प्रतिक्रिया उत्पादनहरू डिस्चार्ज हुन्छन्।
भाप चरण एपिटेक्सी (VPE): भाप चरण एपिटाक्सी एक महत्त्वपूर्ण प्रविधि हो जुन सामान्यतया सेमीकन्डक्टर उपकरणहरूको उत्पादनमा प्रयोग गरिन्छ। आधारभूत सिद्धान्त भनेको क्यारियर ग्यासमा मौलिक पदार्थ वा यौगिकहरूको वाष्प ढुवानी गर्नु हो, र रासायनिक प्रतिक्रियाहरू मार्फत सब्सट्रेटमा क्रिस्टलहरू जम्मा गर्नु हो।

एपिट्याक्सी प्रक्रियाले कस्ता समस्याहरू समाधान गर्छ?

केवल थोक एकल क्रिस्टल सामग्रीले विभिन्न अर्धचालक उपकरणहरू निर्माणको बढ्दो आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। तसर्थ, एपिटेक्सियल ग्रोथ, एक पातलो-तह एकल क्रिस्टल सामग्री वृद्धि प्रविधि, 1959 को अन्त्यमा विकसित भएको थियो। त्यसोभए सामग्रीको उन्नतिमा एपिटाक्सी टेक्नोलोजीले के विशेष योगदान गर्दछ?

सिलिकनका लागि, जब सिलिकन एपिटेक्सियल विकास प्रविधि सुरु भयो, यो वास्तवमै सिलिकन उच्च आवृत्ति र उच्च-शक्ति ट्रान्जिस्टरहरूको उत्पादनको लागि गाह्रो समय थियो। ट्रान्जिस्टर सिद्धान्तहरूको परिप्रेक्ष्यबाट, उच्च आवृत्ति र उच्च शक्ति प्राप्त गर्न, कलेक्टर क्षेत्रको ब्रेकडाउन भोल्टेज उच्च हुनुपर्छ र श्रृंखला प्रतिरोध सानो हुनुपर्छ, अर्थात्, संतृप्ति भोल्टेज ड्रप सानो हुनुपर्छ। पहिलेको लागि आवश्यक छ कि सङ्कलन क्षेत्रमा सामग्रीको प्रतिरोधात्मकता उच्च हुनुपर्छ, जबकि पछिल्लोले सङ्कलन क्षेत्रमा सामग्रीको प्रतिरोधात्मकता कम हुनुपर्छ। दुई प्रदेश एकअर्काका विरोधाभासपूर्ण छन् । यदि कलेक्टर क्षेत्रमा सामग्रीको मोटाई श्रृंखला प्रतिरोध कम गर्न घटाइयो भने, सिलिकन वेफर धेरै पातलो र प्रशोधन गर्न कमजोर हुनेछ। यदि सामग्रीको प्रतिरोधात्मकता कम भयो भने, यो पहिलो आवश्यकताको विरोधाभास हुनेछ। यद्यपि, एपिटेक्सियल प्रविधिको विकास सफल भएको छ। यो कठिनाई हल।

समाधान: अत्यधिक कम प्रतिरोधी सब्सट्रेटमा उच्च-प्रतिरोधी एपिटेक्सियल तह बढाउनुहोस्, र उपकरणलाई एपिटेक्सियल तहमा बनाउनुहोस्। यो उच्च-प्रतिरोधी एपिटेक्सियल तहले ट्यूबमा उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज छ भनी सुनिश्चित गर्दछ, जबकि कम-प्रतिरोधी सब्सट्रेटले सब्सट्रेटको प्रतिरोधलाई पनि कम गर्छ, जसले गर्दा संतृप्ति भोल्टेज ड्रप घटाउँछ, जसले गर्दा दुई बीचको विरोधाभास समाधान हुन्छ।

थप रूपमा, एपिटेक्सी प्रविधिहरू जस्तै वाष्प चरण एपिटेक्सी र GaAs को तरल चरण एपिटेक्सी र अन्य III-V, II-VI र अन्य आणविक यौगिक अर्धचालक सामग्रीहरू पनि धेरै विकसित भएका छन् र धेरै माइक्रोवेभ उपकरणहरू, अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू, पावरहरूको लागि आधार बनेका छन्। यो उपकरणहरूको उत्पादनको लागि अपरिहार्य प्रक्रिया प्रविधि हो, विशेष गरी आणविकको सफल अनुप्रयोग पातलो तहहरूमा बीम र मेटल अर्गानिक वाष्प चरण एपिटाक्सी टेक्नोलोजी, सुपरल्याटिस, क्वान्टम वेल्स, स्ट्रेन्ड सुपरल्याटिसहरू, र परमाणु-स्तरको पातलो-तह एपिटाक्सी, जुन अर्धचालक अनुसन्धानमा नयाँ चरण हो। क्षेत्रमा "ऊर्जा बेल्ट इन्जिनियरिङ्" को विकासले बलियो जग खडा गरेको छ।

व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, चौडा ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर उपकरणहरू प्रायः सधैं एपिटेक्सियल तहमा बनाइन्छ, र सिलिकन कार्बाइड वेफरले मात्र सब्सट्रेटको रूपमा काम गर्दछ। तसर्थ, एपिटेक्सियल तहको नियन्त्रण फराकिलो ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर उद्योगको एक महत्त्वपूर्ण भाग हो।

एपिट्याक्सी टेक्नोलोजीमा 7 प्रमुख सीपहरू

1. उच्च (कम) प्रतिरोधी एपिटेक्सियल तहहरू कम (उच्च) प्रतिरोध सब्सट्रेटहरूमा एपिटेक्सियल रूपमा बढ्न सकिन्छ।
2. N (P) प्रकारको एपिटेक्सियल तहलाई पी (N) प्रकारको सब्सट्रेटमा सीधा पीएन जंक्शन बनाउनको लागि एपिटेक्सियल रूपमा बढ्न सकिन्छ। एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा PN जंक्शन बनाउन प्रसार विधि प्रयोग गर्दा कुनै क्षतिपूर्ति समस्या छैन।
3. मास्क टेक्नोलोजीको साथ संयुक्त, चयनात्मक एपिटेक्सियल वृद्धि निर्दिष्ट क्षेत्रहरूमा प्रदर्शन गरिन्छ, विशेष संरचनाहरूको साथ एकीकृत सर्किट र उपकरणहरूको उत्पादनको लागि अवस्थाहरू सिर्जना गर्दछ।
4. डोपिङको प्रकार र एकाग्रता एपिटेक्सियल वृद्धि प्रक्रियाको समयमा आवश्यकता अनुसार परिवर्तन गर्न सकिन्छ। एकाग्रतामा परिवर्तन अचानक परिवर्तन वा ढिलो परिवर्तन हुन सक्छ।
5. यसले भिन्न-भिन्न, बहु-तह, बहु-कम्पोनेन्ट यौगिकहरू र चर कम्पोनेन्टहरूसँग अति-पातलो तहहरू बढ्न सक्छ।
6. एपिटेक्सियल वृद्धि सामग्रीको पग्लने बिन्दु भन्दा कम तापक्रममा प्रदर्शन गर्न सकिन्छ, वृद्धि दर नियन्त्रणयोग्य छ, र परमाणु-स्तर मोटाईको एपिटेक्सियल वृद्धि हासिल गर्न सकिन्छ।
7. यसले तान्न नसकिने एकल क्रिस्टल सामग्रीहरू बढ्न सक्छ, जस्तै GaN, तेस्रो र क्वाटरनरी यौगिकहरूको एकल क्रिस्टल तहहरू, आदि।