Како епитаксијални слојеви помажу полупроводничким уређајима?

Порекло назива епитаксијалне плочице

Прво, хајде да популаризујемо мали концепт: припрема вафла укључује две главне везе: припрему супстрата и епитаксијални процес. Подлога је плоча направљена од полупроводничког монокристалног материјала. Супстрат може директно ући у процес производње плочица за производњу полупроводничких уређаја, или се може обрадити епитаксијалним процесима за производњу епитаксијалних плочица. Епитаксија се односи на процес узгоја новог слоја монокристала на супстрату од једног кристала који је пажљиво обрађен резањем, брушењем, полирањем итд. Нови монокристал може бити исти материјал као подлога, или може бити различит материјал (хомогена) епитаксија или хетероепитаксија). Пошто се нови монокристални слој протеже и расте у складу са кристалном фазом супстрата, назива се епитаксијални слој (дебљина је обично неколико микрона, узимајући силицијум као пример: значење епитаксијалног раста силицијума је на силицијумском синглу кристални супстрат са одређеном кристалном оријентацијом Слој кристала са добрим интегритетом структуре решетке и различитом отпорношћу и дебљином са истом оријентацијом кристала као што је узгајана подлога). а подлога са епитаксијалним слојем назива се епитаксијална плочица (епитаксијална плочица = епитаксијални слој + супстрат). Када се уређај прави на епитаксијалном слоју, назива се позитивна епитаксија. Ако је уређај направљен на подлози, назива се реверзна епитаксија. У овом тренутку, епитаксијални слој игра само помоћну улогу.

Полирана обланда

Методе епитаксијалног раста

Епитаксија молекуларним снопом (МБЕ): То је полупроводничка епитаксијална технологија раста која се изводи у условима ултра високог вакуума. У овој техници, изворни материјал се испарава у облику снопа атома или молекула, а затим се депонује на кристални супстрат. МБЕ је веома прецизна и контролисана технологија раста танког филма полупроводника која може прецизно да контролише дебљину депонованог материјала на атомском нивоу.
Метални органски ЦВД (МОЦВД): У МОЦВД процесу, органски метал и хидридни гас Н гас који садржи потребне елементе се доводе до супстрата на одговарајућој температури, подвргавају се хемијској реакцији да би се створио потребан полупроводнички материјал и таложе се на подлогу. на, док се преостала једињења и производи реакције испуштају.
Епитаксија парне фазе (ВПЕ): Епитаксија парне фазе је важна технологија која се обично користи у производњи полупроводничких уређаја. Основни принцип је да се паре елементарних супстанци или једињења транспортују у гасу носачу, и депонују кристали на подлогу путем хемијских реакција.

Које проблеме решава процес епитаксије?

Само расути монокристални материјали не могу задовољити растуће потребе производње разних полупроводничких уређаја. Стога је епитаксијални раст, технологија раста танкослојног монокристалног материјала, развијена крајем 1959. Дакле, какав специфичан допринос технологија епитаксије има напретку материјала?

За силицијум, када је почела технологија епитаксијалног раста силицијума, било је заиста тешко време за производњу силицијумских високофреквентних и транзистора велике снаге. Из перспективе принципа транзистора, да би се добила висока фреквенција и велика снага, пробојни напон колекторске области мора бити висок и серијски отпор мора бити мали, односно пад напона засићења мора бити мали. Први захтева да отпорност материјала у области сакупљања буде висок, док други захтева да отпорност материјала у области сакупљања буде ниска. Две покрајине су контрадикторне једна другој. Ако се дебљина материјала у области колектора смањи да би се смањио серијски отпор, силицијумска плочица ће бити превише танка и крхка да би се могла обрадити. Ако се отпор материјала смањи, то ће бити у супротности са првим захтевом. Међутим, развој епитаксијалне технологије је био успешан. решио ову потешкоћу.

Решење: Узгајајте епитаксијални слој високе отпорности на подлози са изузетно ниским отпором и направите уређај на епитаксијалном слоју. Овај епитаксијални слој високе отпорности обезбеђује да цев има висок пробојни напон, док супстрат ниског отпора такође смањује отпор подлоге, чиме се смањује пад напона засићења, решавајући на тај начин контрадикцију између ова два.

Поред тога, епитаксијске технологије као што су епитаксија у парној фази и епитаксија у течној фази ГаАс и других ИИИ-В, ИИ-ВИ и других молекуларних једињења полупроводничких материјала такође су у великој мери развијене и постале су основа за већину микроталасних уређаја, оптоелектронских уређаја, електроенергетских уређаја. То је незаобилазна процесна технологија за производњу уређаја, посебно успешна примена молекуларног снопа и технологије епитаксије металне органске парне фазе у танким слојевима, суперрешетке, квантне бушотине, напрегнуте суперрешетке и епитаксија танког слоја на атомском нивоу, што је нови корак у истраживању полупроводника. Развој „инжењеринга енергетских појасева“ у овој области је поставио чврсте темеље.

У практичним применама, полупроводнички уређаји са широким појасом се скоро увек праве на епитаксијалном слоју, а сама плочица од силицијум карбида служи само као супстрат. Стога је контрола епитаксијалног слоја важан део индустрије полупроводника са широким појасом.

7 главних вештина у технологији епитаксије

1. Епитаксијални слојеви високог (ниског) отпора могу се епитаксијално узгајати на подлогама ниске (високе) отпорности.
2. Епитаксијални слој типа Н (П) може се епитаксијално узгајати на супстрату типа П (Н) како би се директно формирао ПН спој. Не постоји проблем компензације када се користи метода дифузије да се направи ПН спој на једној кристалној подлози.
3. У комбинацији са технологијом маске, врши се селективни епитаксијални раст у одређеним подручјима, стварајући услове за производњу интегрисаних кола и уређаја са посебним структурама.
4. Врста и концентрација допинга могу се мењати према потребама током процеса епитаксијалног раста. Промена концентрације може бити нагла промена или спора промена.
5. Може да расте хетерогена, вишеслојна, вишекомпонентна једињења и ултра танке слојеве са променљивим компонентама.
6. Епитаксијални раст се може извести на температури нижој од тачке топљења материјала, брзина раста се може контролисати и може се постићи епитаксијални раст дебљине на атомском нивоу.
7. Може да узгаја монокристалне материјале који се не могу повући, као што су ГаН, монокристални слојеви терцијарних и квартарних једињења итд.