Si ndihmojnë shtresat epitaksiale pajisjet gjysmëpërçuese?

Origjina e emrit meshë epitaksiale

Së pari, le të popullarizojmë një koncept të vogël: përgatitja e meshës përfshin dy lidhje kryesore: përgatitjen e substratit dhe procesin epitaksial. Nënshtresa është një vafer e bërë nga materiali gjysmëpërçues me një kristal. Nënshtresa mund të hyjë drejtpërdrejt në procesin e prodhimit të vaferës për të prodhuar pajisje gjysmëpërçuese, ose mund të përpunohet nga proceset epitaksiale për të prodhuar vafera epitaksiale. Epitaksi i referohet procesit të rritjes së një shtrese të re të një kristali në një nënshtresë të vetme kristalore që është përpunuar me kujdes duke prerë, bluar, lustruar, etj. Kristali i ri mund të jetë i njëjti material si nënshtresa, ose mund të jetë një materiale të ndryshme (homogjene) epitaksi ose heteroepitaksi). Për shkak se shtresa e re njëkristalore shtrihet dhe rritet sipas fazës kristalore të nënshtresës, ajo quhet një shtresë epitaksiale (trashësia është zakonisht disa mikronë, duke marrë si shembull silikonin: kuptimi i rritjes epitaksiale të silikonit është në një silikon të vetëm Nënshtresa kristalore me një orientim të caktuar kristalor Një shtresë kristali me integritet të mirë të strukturës së rrjetës dhe rezistencë dhe trashësi të ndryshme me të njëjtën orientimi i kristalit ndërsa rritet nënshtresa), dhe nënshtresa me shtresën epitaksiale quhet vafer epitaksiale (vafer epitaksiale = shtresë epitaksiale + nënshtresa). Kur pajisja bëhet në shtresën epitaksiale, quhet epitaksi pozitive. Nëse pajisja është bërë në nënshtresë, ajo quhet epitaksi e kundërt. Në këtë kohë, shtresa epitaksiale luan vetëm një rol mbështetës.

Meshë e lëmuar

Metodat e rritjes epitaksiale

Epitaksi me rreze molekulare (MBE): Është një teknologji e rritjes epitaksiale gjysmëpërçuese e kryer në kushte vakum ultra të lartë. Në këtë teknikë, materiali burim avullohet në formën e një rreze atomesh ose molekulash dhe më pas depozitohet në një substrat kristalor. MBE është një teknologji shumë e saktë dhe e kontrollueshme e rritjes së filmit të hollë gjysmëpërçues që mund të kontrollojë me saktësi trashësinë e materialit të depozituar në nivelin atomik.
Metal organik CVD (MOCVD): Në procesin MOCVD, metali organik dhe gazi hidrid N që përmban elementët e nevojshëm furnizohen në substrat në një temperaturë të përshtatshme, i nënshtrohen një reaksioni kimik për të gjeneruar materialin e kërkuar gjysmëpërçues dhe depozitohen në nënshtresë. më, ndërsa komponimet e mbetura dhe produktet e reaksionit shkarkohen.
Epitaksia e fazës së avullit (VPE): Epitaksia e fazës së avullit është një teknologji e rëndësishme që përdoret zakonisht në prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese. Parimi themelor është transportimi i avullit të substancave ose komponimeve elementare në një gaz bartës dhe depozitimi i kristaleve në nënshtresë përmes reaksioneve kimike.

Çfarë problemesh zgjidh procesi i epitaksisë?

Vetëm materialet me një kristal me shumicë nuk mund të plotësojnë nevojat në rritje të prodhimit të pajisjeve të ndryshme gjysmëpërçuese. Prandaj, rritja epitaksiale, një teknologji e rritjes së materialit me një kristal me një shtresë të hollë, u zhvillua në fund të vitit 1959. Pra, çfarë kontributi specifik ka teknologjia e epitaksisë në avancimin e materialeve?

Për silikonin, kur filloi teknologjia e rritjes epitaksiale të silikonit, ishte vërtet një kohë e vështirë për prodhimin e transistorëve të silikonit me frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë. Nga këndvështrimi i parimeve të transistorit, për të marrë frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë, voltazhi i prishjes së zonës së kolektorit duhet të jetë i lartë dhe rezistenca e serisë duhet të jetë e vogël, domethënë rënia e tensionit të ngopjes duhet të jetë e vogël. E para kërkon që rezistenca e materialit në zonën e grumbullimit të jetë e lartë, ndërsa e dyta kërkon që rezistenca e materialit në zonën e grumbullimit të jetë e ulët. Dy krahinat janë kontradiktore me njëra-tjetrën. Nëse trashësia e materialit në zonën e kolektorit zvogëlohet për të zvogëluar rezistencën e serisë, vafera e silikonit do të jetë shumë e hollë dhe e brishtë për t'u përpunuar. Nëse rezistenca e materialit zvogëlohet, kjo do të jetë në kundërshtim me kërkesën e parë. Megjithatë, zhvillimi i teknologjisë epitaksiale ka qenë i suksesshëm. zgjidhi këtë vështirësi.

Zgjidhja: Rritni një shtresë epitaksiale me rezistencë të lartë në një substrat me rezistencë jashtëzakonisht të ulët dhe bëni pajisjen në shtresën epitaksiale. Kjo shtresë epitaksiale me rezistencë të lartë siguron që tubi të ketë një tension të lartë prishjeje, ndërsa nënshtresa me rezistencë të ulët Redukton gjithashtu rezistencën e nënshtresës, duke reduktuar kështu rënien e tensionit të ngopjes, duke zgjidhur kështu kontradiktën midis të dyjave.

Përveç kësaj, teknologjitë e epitaksisë si epitaksia e fazës së avullit dhe epitaksia e fazës së lëngshme të GaAs dhe materialeve të tjera gjysmëpërçuese III-V, II-VI dhe përbërësve të tjerë molekularë janë zhvilluar gjithashtu shumë dhe janë bërë baza për shumicën e pajisjeve me mikrovalë, pajisjet optoelektronike, fuqinë. Është një teknologji procesi i domosdoshëm për prodhimin e pajisjeve, veçanërisht aplikimin e suksesshëm të teknologjisë së epitaksisë së fazës së avullit organik metalik dhe metalit në shtresat e holla, superrrjetat, puse kuantike, supergrlatat e tendosura dhe epitaksia me shtresa të holla në nivel atomik, që është një hap i ri në kërkimin e gjysmëpërçuesve. Zhvillimi i "inxhinierisë së brezit të energjisë" në këtë fushë ka hedhur një themel të fortë.

Në aplikimet praktike, pajisjet gjysmëpërçuese me brez të gjerë bëhen pothuajse gjithmonë në shtresën epitaksiale dhe vetë vafera e karbitit të silikonit shërben vetëm si substrat. Prandaj, kontrolli i shtresës epitaksiale është një pjesë e rëndësishme e industrisë së gjysmëpërçuesve me brez të gjerë.

7 aftësi kryesore në teknologjinë e epitaksisë

1. Shtresat epitaksiale me rezistencë të lartë (të ulët) mund të rriten epitaksialisht në nënshtresa me rezistencë të ulët (të lartë).
2. Shtresa epitaksiale e tipit N (P) mund të rritet në mënyrë epitaksiale në nënshtresën e tipit P (N) për të formuar drejtpërdrejt një kryqëzim PN. Nuk ka asnjë problem kompensimi kur përdorni metodën e difuzionit për të bërë një kryqëzim PN në një substrat të vetëm kristal.
3. E kombinuar me teknologjinë e maskave, kryhet rritja selektive epitaksiale në zona të caktuara, duke krijuar kushte për prodhimin e qarqeve të integruara dhe pajisjeve me struktura të veçanta.
4. Lloji dhe përqendrimi i dopingut mund të ndryshohet sipas nevojave gjatë procesit të rritjes epitaksiale. Ndryshimi në përqendrim mund të jetë një ndryshim i papritur ose një ndryshim i ngadaltë.
5. Mund të rritet komponime heterogjene, me shumë shtresa, me shumë përbërës dhe shtresa ultra të holla me përbërës të ndryshueshëm.
6. Rritja epitaksiale mund të kryhet në një temperaturë më të ulët se pika e shkrirjes së materialit, shkalla e rritjes është e kontrollueshme dhe rritja epitaksiale e trashësisë së nivelit atomik mund të arrihet.
7. Mund të rriten materiale njëkristalore që nuk mund të tërhiqen, si GaN, shtresa njëkristalore të përbërjeve terciare dhe kuaternare etj.