Cum ajută straturile epitaxiale dispozitivele semiconductoare?

Originea numelui napolitană epitaxială

În primul rând, să popularizăm un mic concept: pregătirea plachetelor include două verigi majore: pregătirea substratului și procesul epitaxial. Substratul este o napolitană realizată din material monocristal semiconductor. Substratul poate intra direct în procesul de fabricare a plachetelor pentru a produce dispozitive semiconductoare sau poate fi procesat prin procese epitaxiale pentru a produce plachete epitaxiale. Epitaxia se referă la procesul de creștere a unui nou strat de monocristal pe un substrat monocristal care a fost prelucrat cu atenție prin tăiere, șlefuire, lustruire etc. Noul monocristal poate fi același material ca și substratul sau poate fi un material diferit (omogen) epitaxie sau heteroepitaxie). Deoarece noul strat monocristal se extinde și crește în funcție de faza cristalină a substratului, se numește strat epitaxial (grosimea este de obicei de câțiva microni, luând ca exemplu siliciul: semnificația creșterii epitaxiale de siliciu este pe un singur siliciu). substrat de cristal cu o anumită orientare a cristalului Un strat de cristal cu o bună integritate a structurii rețelei și rezistivitate și grosime diferite cu același cristal. orientare pe măsură ce substratul este crescut), iar substratul cu stratul epitaxial se numește napolitană epitaxială (placa epitaxială = strat epitaxial + substrat). Când dispozitivul este realizat pe stratul epitaxial, se numește epitaxie pozitivă. Dacă dispozitivul este realizat pe substrat, se numește epitaxie inversă. În acest moment, stratul epitaxial joacă doar un rol de susținere.

Napolitană lustruită

Metode de creștere epitaxiale

Epitaxia cu fascicul molecular (MBE): Este o tehnologie de creștere epitaxială semiconductoare realizată în condiții de vid ultra-înalt. În această tehnică, materialul sursă este evaporat sub forma unui fascicul de atomi sau molecule și apoi depus pe un substrat cristalin. MBE este o tehnologie de creștere a filmelor subțiri a semiconductoarelor foarte precisă și controlabilă, care poate controla cu precizie grosimea materialului depus la nivel atomic.
CVD organic metalic (MOCVD): în procesul MOCVD, metalul organic și gazul hidrură N gazul care conține elementele necesare sunt furnizate substratului la o temperatură adecvată, suferă o reacție chimică pentru a genera materialul semiconductor necesar și sunt depuse pe substrat. pe, în timp ce compușii rămași și produșii de reacție sunt descărcați.
Epitaxia în fază de vapori (VPE): Epitaxia în fază de vapori este o tehnologie importantă utilizată în mod obișnuit în producția de dispozitive semiconductoare. Principiul de bază este de a transporta vaporii de substanțe sau compuși elementari într-un gaz purtător și de a depune cristale pe substrat prin reacții chimice.

Ce probleme rezolvă procesul de epitaxie?

Doar materialele monocristal în vrac nu pot satisface nevoile tot mai mari de fabricare a diferitelor dispozitive semiconductoare. Prin urmare, creșterea epitaxială, o tehnologie de creștere a materialului monocristal în strat subțire, a fost dezvoltată la sfârșitul anului 1959. Deci, ce contribuție specifică are tehnologia epitaxiei la progresul materialelor?

Pentru siliciu, când a început tehnologia de creștere epitaxială a siliciului, a fost într-adevăr o perioadă dificilă pentru producția de tranzistori de siliciu de înaltă frecvență și putere. Din perspectiva principiilor tranzistorului, pentru a obține o frecvență înaltă și o putere mare, tensiunea de defalcare a zonei colectorului trebuie să fie mare, iar rezistența în serie trebuie să fie mică, adică scăderea tensiunii de saturație trebuie să fie mică. Primul necesită ca rezistivitatea materialului din zona de colectare să fie mare, în timp ce al doilea necesită ca rezistivitatea materialului din zona de colectare să fie scăzută. Cele două provincii sunt contradictorii. Dacă grosimea materialului din zona colectorului este redusă pentru a reduce rezistența seriei, placa de siliciu va fi prea subțire și fragilă pentru a fi prelucrată. Dacă rezistivitatea materialului este redusă, aceasta va contrazice prima cerință. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei epitaxiale a avut succes. rezolvat această dificultate.

Soluție: Creșteți un strat epitaxial cu rezistență ridicată pe un substrat cu rezistență extrem de scăzută și faceți dispozitivul pe stratul epitaxial. Acest strat epitaxial de înaltă rezistivitate asigură că tubul are o tensiune mare de rupere, în timp ce substratul cu rezistență scăzută, reduce și rezistența substratului, reducând astfel căderea de tensiune de saturație, rezolvând astfel contradicția dintre cele două.

În plus, tehnologiile de epitaxie, cum ar fi epitaxia în fază de vapori și epitaxia în fază lichidă a GaAs și a altor materiale semiconductoare compuse moleculare III-V, II-VI și alte materiale semiconductoare compuse moleculare, au fost, de asemenea, dezvoltate foarte mult și au devenit baza pentru majoritatea dispozitivelor cu microunde, dispozitivelor optoelectronice, puterii. Este o tehnologie de proces indispensabilă pentru producția de dispozitive, în special aplicarea cu succes a tehnologiei epitaxiei cu fascicul molecular și faza de vapori organici metalici în straturi subțiri, superrețele, cuantică. puțuri, superrețele tensionate și epitaxie în strat subțire la nivel atomic, care este un nou pas în cercetarea semiconductorilor. Dezvoltarea „ingineriei centurii energetice” în domeniu a pus baze solide.

În aplicațiile practice, dispozitivele semiconductoare cu bandă interzisă largă sunt aproape întotdeauna realizate pe stratul epitaxial, iar placheta cu carbură de siliciu în sine servește doar ca substrat. Prin urmare, controlul stratului epitaxial este o parte importantă a industriei semiconductoarelor cu bandgap largă.

7 abilități majore în tehnologia epitaxiei

1. Straturile epitaxiale cu rezistență ridicată (scăzută) pot fi crescute epitaxial pe substraturi cu rezistență scăzută (înaltă).
2. Stratul epitaxial de tip N (P) poate fi crescut epitaxial pe substratul de tip P (N) pentru a forma direct o joncțiune PN. Nu există nicio problemă de compensare atunci când se utilizează metoda de difuzie pentru a realiza o joncțiune PN pe un substrat monocristal.
3. Combinată cu tehnologia măștii, creșterea epitaxială selectivă se realizează în zone desemnate, creând condiții pentru producerea de circuite integrate și dispozitive cu structuri speciale.
4. Tipul și concentrația dopajului pot fi modificate în funcție de nevoi în timpul procesului de creștere epitaxială. Schimbarea concentrației poate fi o schimbare bruscă sau o schimbare lentă.
5. Poate crește compuși eterogene, cu mai multe straturi, cu mai multe componente și straturi ultra-subțiri cu componente variabile.
6. Creșterea epitaxială poate fi realizată la o temperatură mai mică decât punctul de topire al materialului, rata de creștere este controlabilă și se poate obține creșterea epitaxială a grosimii la nivel atomic.
7. Poate crește materiale monocristaline care nu pot fi trase, cum ar fi GaN, straturi de un singur cristal de compuși terțiari și cuaternari etc.