Tabaka za epitaxial husaidiaje vifaa vya semiconductor?

Asili ya jina la epitaxial wafer

Kwanza, hebu tueneze dhana ndogo: maandalizi ya kaki yanajumuisha viungo viwili vikubwa: maandalizi ya substrate na mchakato wa epitaxial. Substrate ni kaki iliyotengenezwa kwa nyenzo za fuwele za semiconductor moja. Sehemu ndogo inaweza kuingia moja kwa moja katika mchakato wa utengenezaji wa kaki ili kutoa vifaa vya semiconductor, au inaweza kuchakatwa na michakato ya epitaxial ili kutoa kaki za epitaxial. Epitaxy inarejelea mchakato wa kukuza safu mpya ya fuwele moja kwenye substrate moja ya fuwele ambayo imechakatwa kwa uangalifu kwa kukata, kusaga, kung'aa, nk. Fuwele mpya inaweza kuwa nyenzo sawa na substrate, au inaweza kuwa nyenzo tofauti (homogeneous) epitaxy au heteroepitaxy). Kwa sababu safu mpya ya fuwele huenea na kukua kulingana na awamu ya fuwele ya substrate, inaitwa safu ya epitaxial (unene kawaida ni mikroni chache, ikichukua silicon kama mfano: maana ya ukuaji wa silicon epitaxial iko kwenye silicon moja. substrate ya kioo yenye mwelekeo fulani wa kioo safu ya kioo yenye uadilifu mzuri wa muundo wa kimiani na upinzani tofauti na unene wenye mwelekeo sawa wa kioo kama substrate inavyokuzwa). substrate yenye safu ya epitaxial inaitwa kaki ya epitaxial (kaki ya epitaxial = safu ya epitaxial + substrate). Wakati kifaa kinapofanywa kwenye safu ya epitaxial, inaitwa epitaxy chanya. Ikiwa kifaa kinafanywa kwenye substrate, inaitwa reverse epitaxy. Kwa wakati huu, safu ya epitaxial ina jukumu la kusaidia tu.

Kaki iliyosafishwa

Njia za ukuaji wa Epitaxial

Molecular boriti epitaksi (MBE): Ni teknolojia ya ukuaji wa epitaksia ya nusu kondukta inayofanywa chini ya hali ya utupu wa hali ya juu sana. Katika mbinu hii, nyenzo za chanzo hutolewa kwa njia ya boriti ya atomi au molekuli na kisha kuwekwa kwenye substrate ya fuwele. MBE ni teknolojia sahihi na inayoweza kudhibitiwa ya ukuaji wa filamu nyembamba ya semicondukta ambayo inaweza kudhibiti kwa usahihi unene wa nyenzo zilizowekwa kwenye kiwango cha atomiki.
Metal organic CVD (MOCVD): Katika mchakato wa MOCVD, chuma-hai na gesi ya hidridi N iliyo na vipengele vinavyohitajika hutolewa kwenye substrate kwa joto linalofaa, hupitia mmenyuko wa kemikali ili kuzalisha nyenzo za semiconductor zinazohitajika, na huwekwa kwenye substrate. juu, wakati misombo iliyobaki na bidhaa za majibu zinatolewa.
Epitaksi ya awamu ya mvuke (VPE): Epitaksi ya awamu ya mvuke ni teknolojia muhimu inayotumiwa sana katika utengenezaji wa vifaa vya semicondukta. Kanuni ya msingi ni kusafirisha mvuke wa dutu za asili au misombo katika gesi ya mtoa huduma, na kuweka fuwele kwenye substrate kupitia athari za kemikali.

Je, mchakato wa epitaxy hutatua matatizo gani?

Nyenzo nyingi tu za fuwele haziwezi kukidhi mahitaji yanayokua ya utengenezaji wa vifaa anuwai vya semiconductor. Kwa hivyo, ukuaji wa epitaxial, teknolojia ya ukuaji wa nyenzo za safu nyembamba ya safu moja, ilitengenezwa mwishoni mwa 1959. Kwa hivyo teknolojia ya epitaksi ina mchango gani maalum katika ukuzaji wa nyenzo?

Kwa silicon, wakati teknolojia ya ukuaji wa epitaxial ya silicon ilianza, ilikuwa wakati mgumu sana kwa utengenezaji wa transistors za masafa ya juu ya silicon na zenye nguvu nyingi. Kutoka kwa mtazamo wa kanuni za transistor, ili kupata mzunguko wa juu na nguvu za juu, voltage ya kuvunjika kwa eneo la mtoza lazima iwe juu na upinzani wa mfululizo lazima uwe mdogo, yaani, kushuka kwa voltage ya kueneza lazima iwe ndogo. Ya kwanza inahitaji kwamba resistivity ya nyenzo katika eneo la kukusanya inapaswa kuwa ya juu, wakati mwisho inahitaji kwamba resistivity ya nyenzo katika eneo la kukusanya inapaswa kuwa chini. Majimbo hayo mawili yanakinzana. Ikiwa unene wa nyenzo katika eneo la mtoza hupunguzwa ili kupunguza upinzani wa mfululizo, kaki ya silicon itakuwa nyembamba sana na tete kusindika. Ikiwa resistivity ya nyenzo imepunguzwa, itapingana na mahitaji ya kwanza. Hata hivyo, maendeleo ya teknolojia ya epitaxial imefanikiwa. kutatuliwa ugumu huu.

Suluhisho: Panda safu ya epitaxial yenye upinzani wa juu kwenye substrate ya chini sana ya upinzani, na utengeneze kifaa kwenye safu ya epitaxial. Safu hii ya epitaxial ya juu-resistivity inahakikisha kwamba tube ina voltage ya juu ya kuvunjika, wakati substrate ya chini ya upinzani Pia inapunguza upinzani wa substrate, na hivyo kupunguza kushuka kwa voltage ya kueneza, na hivyo kutatua utata kati ya hizo mbili.

Kwa kuongezea, teknolojia za epitaksia kama vile epitaksi ya awamu ya mvuke na epitaksi ya awamu ya kioevu ya GaAs na vifaa vingine vya III-V, II-VI na nyenzo zingine za semiconductor ya kiwanja cha molekuli pia zimeendelezwa kwa kiasi kikubwa na zimekuwa msingi wa vifaa vingi vya microwave, vifaa vya optoelectronic, nguvu. Ni teknolojia ya mchakato wa lazima kwa utengenezaji wa vifaa, haswa utumiaji mzuri wa boriti ya Masi na teknolojia ya awamu ya mvuke ya kikaboni ya epitaxy katika tabaka nyembamba, superlattices, visima vya quantum, superlattices zilizochujwa, na epitaksi ya safu nyembamba ya kiwango cha atomiki, ambayo ni hatua mpya katika utafiti wa semiconductor. Uendelezaji wa "uhandisi wa ukanda wa nishati" katika uwanja umeweka msingi imara.

Katika matumizi ya vitendo, vifaa vya semiconductor vya bandgap pana karibu kila mara hufanywa kwenye safu ya epitaxial, na kaki ya silicon carbide yenyewe hutumika tu kama substrate. Kwa hiyo, udhibiti wa safu ya epitaxial ni sehemu muhimu ya sekta ya semiconductor ya bandgap pana.

Ujuzi 7 kuu katika teknolojia ya epitaxy

1. Tabaka za epitaxial za upinzani za juu (chini) zinaweza kukuzwa kwa nguvu kwenye substrates za chini (za juu) za upinzani.
2. Safu ya epitaxial ya aina ya N (P) inaweza kukuzwa kwa epitaxially kwenye substrate ya aina ya P (N) ili kuunda makutano ya PN moja kwa moja. Hakuna tatizo la fidia unapotumia njia ya uenezaji kutengeneza makutano ya PN kwenye substrate moja ya fuwele.
3. Pamoja na teknolojia ya mask, ukuaji wa epitaxial unaochaguliwa unafanywa katika maeneo yaliyotengwa, na kuunda hali kwa ajili ya uzalishaji wa nyaya na vifaa vilivyounganishwa na miundo maalum.
4. Aina na mkusanyiko wa doping inaweza kubadilishwa kulingana na mahitaji wakati wa mchakato wa ukuaji wa epitaxial. Mabadiliko ya mkusanyiko yanaweza kuwa mabadiliko ya ghafla au mabadiliko ya polepole.
5. Inaweza kukua tofauti, safu nyingi, misombo ya vipengele vingi na tabaka nyembamba zaidi na vipengele vya kutofautiana.
6. Ukuaji wa epitaxial unaweza kufanywa kwa joto la chini kuliko kiwango cha kuyeyuka cha nyenzo, kiwango cha ukuaji kinaweza kudhibitiwa, na ukuaji wa epitaxial wa unene wa kiwango cha atomiki unaweza kupatikana.
7. Inaweza kukuza nyenzo za fuwele moja ambazo haziwezi kuvutwa, kama vile GaN, tabaka moja za fuwele za misombo ya juu na ya quaternary, nk.