Paano nakakatulong ang mga epitaxial layer sa mga semiconductor device?

Ang pinagmulan ng pangalang epitaxial wafer

Una, isakatuparan natin ang isang maliit na konsepto: ang paghahanda ng wafer ay may kasamang dalawang pangunahing link: paghahanda ng substrate at proseso ng epitaxial. Ang substrate ay isang wafer na gawa sa semiconductor single crystal material. Ang substrate ay maaaring direktang pumasok sa proseso ng pagmamanupaktura ng wafer upang makabuo ng mga aparatong semiconductor, o maaari itong iproseso ng mga prosesong epitaxial upang makagawa ng mga epitaxial na wafer. Ang epitaxy ay tumutukoy sa proseso ng pagpapalaki ng bagong layer ng solong kristal sa isang kristal na substrate na maingat na naproseso sa pamamagitan ng paggupit, paggiling, pag-polish, atbp. Ang bagong solong kristal ay maaaring kapareho ng materyal sa substrate, o maaari itong maging isang ibang materyal (homogeneous) epitaxy o heteroepitaxy). Dahil ang bagong solong kristal na layer ay umaabot at lumalaki ayon sa kristal na yugto ng substrate, ito ay tinatawag na isang epitaxial layer (ang kapal ay karaniwang ilang microns, na kumukuha ng silikon bilang isang halimbawa: ang kahulugan ng silicon epitaxial growth ay nasa isang silicon na solong. kristal na substrate na may isang tiyak na kristal na oryentasyon Isang layer ng kristal na may mahusay na integridad ng istraktura ng sala-sala at iba't ibang resistivity at kapal na may parehong kristal na oryentasyon habang ang substrate ay lumago), at ang substrate na may mga substrate. Ang epitaxial layer ay tinatawag na epitaxial wafer (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate). Kapag ang aparato ay ginawa sa epitaxial layer, ito ay tinatawag na positive epitaxy. Kung ang aparato ay ginawa sa substrate, ito ay tinatawag na reverse epitaxy. Sa oras na ito, ang epitaxial layer ay gumaganap lamang ng isang sumusuportang papel.

Pinakintab na ostiya

Mga pamamaraan ng paglago ng epitaxial

Molecular beam epitaxy (MBE): Ito ay isang semiconductor epitaxial growth na teknolohiya na ginagawa sa ilalim ng napakataas na mga kondisyon ng vacuum. Sa pamamaraang ito, ang pinagmumulan ng materyal ay sumingaw sa anyo ng isang sinag ng mga atomo o molekula at pagkatapos ay idineposito sa isang mala-kristal na substrate. Ang MBE ay isang napaka-tumpak at nakokontrol na semiconductor thin film growth na teknolohiya na maaaring tumpak na makontrol ang kapal ng idinepositong materyal sa atomic na antas.
Metal organic CVD (MOCVD): Sa proseso ng MOCVD, ang organikong metal at hydride gas N gas na naglalaman ng mga kinakailangang elemento ay ibinibigay sa substrate sa isang naaangkop na temperatura, sumasailalim sa isang kemikal na reaksyon upang makabuo ng kinakailangang semiconductor na materyal, at idineposito sa substrate sa, habang ang natitirang mga compound at mga produkto ng reaksyon ay pinalabas.
Vapor phase epitaxy (VPE): Ang vapor phase epitaxy ay isang mahalagang teknolohiya na karaniwang ginagamit sa paggawa ng mga semiconductor device. Ang pangunahing prinsipyo ay ang pagdadala ng singaw ng mga elemental na sangkap o compound sa isang carrier gas, at magdeposito ng mga kristal sa substrate sa pamamagitan ng mga kemikal na reaksyon.

Anong mga problema ang nalulutas ng proseso ng epitaxy?

Tanging ang mga bulk single crystal na materyales lamang ang hindi nakakatugon sa lumalaking pangangailangan ng paggawa ng iba't ibang semiconductor device. Samakatuwid, ang epitaxial growth, isang thin-layer single crystal material growth technology, ay binuo noong katapusan ng 1959. Kaya anong partikular na kontribusyon ang epitaxy technology sa pagsulong ng mga materyales?

Para sa silikon, noong nagsimula ang teknolohiya ng paglago ng silikon na epitaxial, talagang mahirap ang panahon para sa paggawa ng mga transistor na may mataas na dalas ng silikon at may mataas na kapangyarihan. Mula sa pananaw ng mga prinsipyo ng transistor, upang makakuha ng mataas na dalas at mataas na kapangyarihan, ang boltahe ng breakdown ng lugar ng kolektor ay dapat na mataas at ang paglaban ng serye ay dapat na maliit, iyon ay, ang pagbaba ng boltahe ng saturation ay dapat maliit. Ang una ay nangangailangan na ang resistivity ng materyal sa lugar ng pagkolekta ay dapat na mataas, habang ang huli ay nangangailangan na ang resistivity ng materyal sa lugar ng pagkolekta ay dapat na mababa. Ang dalawang lalawigan ay magkasalungat sa isa't isa. Kung ang kapal ng materyal sa lugar ng kolektor ay nabawasan upang mabawasan ang paglaban ng serye, ang silicon na wafer ay magiging masyadong manipis at marupok upang maproseso. Kung ang resistivity ng materyal ay nabawasan, ito ay salungat sa unang kinakailangan. Gayunpaman, ang pag-unlad ng teknolohiyang epitaxial ay naging matagumpay. nalutas ang kahirapan na ito.

Solusyon: Palakihin ang isang high-resistivity na epitaxial layer sa isang napakababang resistensyang substrate, at gawin ang device sa epitaxial layer. Ang high-resistivity epitaxial layer na ito ay nagsisiguro na ang tubo ay may mataas na breakdown voltage, habang ang low-resistance substrate Binabawasan din nito ang resistensya ng substrate, at sa gayon ay binabawasan ang saturation voltage drop, at sa gayon ay nalulutas ang kontradiksyon sa pagitan ng dalawa.

Bilang karagdagan, ang mga teknolohiya ng epitaxy tulad ng vapor phase epitaxy at liquid phase epitaxy ng GaAs at iba pang III-V, II-VI at iba pang molecular compound semiconductor na materyales ay lubos ding binuo at naging batayan para sa karamihan ng mga microwave device, optoelectronic device, power. Ito ay isang kailangang-kailangan na teknolohiya ng proseso para sa produksyon ng mga device, lalo na ang matagumpay na aplikasyon ng molecular beam at metal organic vapor phase epitaxy technology sa manipis na mga layer, superlattice, quantum wells, strained superlattices, at atomic-level thin-layer epitaxy, na isang bagong hakbang sa semiconductor research. Ang pag-unlad ng "energy belt engineering" sa larangan ay naglatag ng matatag na pundasyon.

Sa mga praktikal na aplikasyon, ang malawak na bandgap na mga semiconductor na aparato ay halos palaging ginagawa sa epitaxial layer, at ang silicon carbide wafer mismo ay nagsisilbi lamang bilang substrate. Samakatuwid, ang kontrol ng epitaxial layer ay isang mahalagang bahagi ng malawak na bandgap na industriya ng semiconductor.

7 pangunahing kasanayan sa teknolohiya ng epitaxy

1. Ang mga epitaxial layer na may mataas (mababa) na resistensya ay maaaring itanim nang epitaxial sa mga substrate na mababa (mataas) ang resistensya.
2. Ang uri ng N (P) na epitaxial na layer ay maaaring palakihin nang epitaxial sa substrate ng uri ng P (N) upang direktang bumuo ng isang PN junction. Walang problema sa kompensasyon kapag gumagamit ng paraan ng pagsasabog upang makagawa ng PN junction sa isang kristal na substrate.
3. Pinagsama sa teknolohiya ng maskara, ang selektibong paglago ng epitaxial ay ginaganap sa mga itinalagang lugar, na lumilikha ng mga kondisyon para sa paggawa ng mga integrated circuit at mga aparato na may mga espesyal na istruktura.
4. Ang uri at konsentrasyon ng doping ay maaaring baguhin ayon sa mga pangangailangan sa panahon ng proseso ng paglago ng epitaxial. Ang pagbabago sa konsentrasyon ay maaaring isang biglaang pagbabago o isang mabagal na pagbabago.
5. Maaari itong lumaki ng mga heterogenous, multi-layered, multi-component compound at ultra-thin layer na may mga variable na bahagi.
6. Ang paglaki ng epitaxial ay maaaring isagawa sa isang temperatura na mas mababa kaysa sa punto ng pagkatunaw ng materyal, ang rate ng paglago ay nakokontrol, at ang paglaki ng epitaxial ng kapal ng antas ng atom ay maaaring makamit.
7. Maaari itong tumubo ng mga solong kristal na materyales na hindi mahila, tulad ng GaN, mga solong kristal na patong ng tertiary at quaternary compound, atbp.