Epitaksial qatlamlar yarimo'tkazgich qurilmalariga qanday yordam beradi?

Epitaksial gofret nomining kelib chiqishi

Birinchidan, kichik bir kontseptsiyani ommalashtiraylik: gofret tayyorlash ikkita asosiy bo'g'inni o'z ichiga oladi: substrat tayyorlash va epitaksial jarayon. Substrat yarimo'tkazgichli monokristalli materialdan tayyorlangan gofretdir. Substrat yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarish uchun to'g'ridan-to'g'ri gofret ishlab chiqarish jarayoniga kirishi mumkin yoki epitaksial gofretlarni ishlab chiqarish uchun epitaksial jarayonlar bilan qayta ishlanishi mumkin. Epitaksiya deganda, kesish, silliqlash, jilolash va hokazolar orqali ehtiyotkorlik bilan qayta ishlangan yagona kristall substratda yangi monokristal qatlamini etishtirish jarayoni tushuniladi. Yangi monokristal substrat bilan bir xil material bo'lishi mumkin yoki u turli moddiy (bir hil) epitaksiya yoki heteroepitaksiya). Yangi monokristalli qatlam substratning kristall fazasiga ko'ra cho'zilgan va o'sganligi sababli u epitaksial qatlam deb ataladi (qalinligi odatda bir necha mikron bo'lib, kremniyni misol qilib oladi: kremniy epitaksial o'sishining ma'nosi kremniyning bitta qatlamida. ma'lum bir kristall yo'nalishi bo'lgan kristall substrat - yaxshi panjara tuzilishi yaxlitligi va bir xil qarshilik va qalinligi bo'lgan kristall qatlami. substrat o'stirilganda kristall orientatsiya) va epitaksial qatlamli substrat epitaksial gofret deb ataladi (epitaxial gofret = epitaksial qatlam + substrat). Qurilma epitaksial qatlamda ishlab chiqarilganda, u musbat epitaksiya deb ataladi. Agar qurilma substratda qilingan bo'lsa, u teskari epitaksiya deb ataladi. Bu vaqtda epitaksial qatlam faqat yordamchi rol o'ynaydi.

Jilolangan gofret

Epitaksial o'sish usullari

Molekulyar nur epitaksisi (MBE): Bu ultra yuqori vakuum sharoitida amalga oshiriladigan yarimo'tkazgichli epitaksial o'sish texnologiyasi. Ushbu texnikada manba materiali atomlar yoki molekulalar nuri shaklida bug'lanadi va keyin kristall substratga yotqiziladi. MBE juda aniq va boshqariladigan yarimo'tkazgichli yupqa plyonka o'sishi texnologiyasi bo'lib, atom darajasida yotqizilgan materialning qalinligini aniq nazorat qila oladi.
Metall organik CVD (MOCVD): MOCVD jarayonida zarur elementlarni o'z ichiga olgan organik metall va gidrid gaz N gazi substratga tegishli haroratda beriladi, kerakli yarimo'tkazgich materialini hosil qilish uchun kimyoviy reaksiyaga kirishadi va substratga yotqiziladi. ustida, qolgan birikmalar va reaksiya mahsulotlari esa chiqariladi.
Bug 'fazasi epitaksisi (VPE): Bug 'fazasi epitaksisi yarimo'tkazgich qurilmalarini ishlab chiqarishda keng qo'llaniladigan muhim texnologiyadir. Asosiy printsip - elementar moddalar yoki birikmalarning bug'ini tashuvchi gazda tashish va kimyoviy reaktsiyalar orqali kristallarni substratga joylashtirish.

Epitaksiya jarayoni qanday muammolarni hal qiladi?

Faqat ommaviy monokristalli materiallar turli yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarishning ortib borayotgan ehtiyojlarini qondira olmaydi. Shu sababli, epitaksial o'sish, yupqa qatlamli yagona kristalli materialni o'stirish texnologiyasi 1959 yil oxirida ishlab chiqilgan. Xo'sh, epitaksiya texnologiyasi materiallarni rivojlantirishga qanday hissa qo'shadi?

Kremniy uchun, kremniy epitaksial o'sish texnologiyasi boshlanganda, kremniy yuqori chastotali va yuqori quvvatli tranzistorlarni ishlab chiqarish uchun haqiqatan ham qiyin vaqt edi. Transistor tamoyillari nuqtai nazaridan, yuqori chastotali va yuqori quvvatni olish uchun kollektor maydonining buzilish kuchlanishi yuqori bo'lishi va ketma-ket qarshilik kichik bo'lishi kerak, ya'ni to'yinganlik kuchlanishining pasayishi kichik bo'lishi kerak. Birinchisi, yig'ish maydonidagi materialning qarshiligi yuqori bo'lishi kerak, ikkinchisi esa yig'ish maydonidagi materialning qarshiligi past bo'lishini talab qiladi. Ikki viloyat bir-biriga qarama-qarshidir. Agar kollektor maydonidagi materialning qalinligi ketma-ket qarshilikni kamaytirish uchun kamaytirilsa, silikon gofret ishlov berish uchun juda nozik va mo'rt bo'ladi. Agar materialning qarshiligi kamaytirilsa, u birinchi talabga zid keladi. Biroq, epitaksial texnologiyaning rivojlanishi muvaffaqiyatli bo'ldi. bu qiyinchilikni hal qildi.

Yechim: Juda past qarshilikli substratda yuqori qarshilikli epitaksial qatlamni o'stiring va qurilmani epitaksial qatlamda qiling. Ushbu yuqori rezistiv epitaksial qatlam trubaning yuqori buzilish kuchlanishiga ega bo'lishini ta'minlaydi, past qarshilikli substrat U shuningdek, substratning qarshiligini pasaytiradi, shu bilan to'yinganlik kuchlanishining pasayishini kamaytiradi va shu bilan ikkalasi o'rtasidagi ziddiyatni hal qiladi.

Bundan tashqari, GaAs va boshqa III-V, II-VI va boshqa molekulyar birikma yarimo'tkazgichli materiallarning bug 'fazasi epitaksisi va suyuq fazali epitaksisi kabi epitaksiya texnologiyalari ham juda rivojlangan va ko'pchilik mikroto'lqinli qurilmalar, optoelektronik qurilmalar, quvvat uchun asos bo'lib kelgan. Bu asboblarni ishlab chiqarish uchun ajralmas texnologik texnologiya, ayniqsa molekulyar nur va metall organik bug 'fazasi epitaksi texnologiyasini yupqa qatlamlarda muvaffaqiyatli qo'llash. qatlamlar, super panjaralar, kvant quduqlari, kuchlanishli super panjaralar va atom darajasidagi yupqa qatlamli epitaksiya, bu yarimo'tkazgichlarni tadqiq qilishda yangi qadamdir. Sohada "energiya kamarini muhandislik" ning rivojlanishi mustahkam poydevor yaratdi.

Amaliy ilovalarda keng tarmoqli yarimo'tkazgich qurilmalari deyarli har doim epitaksial qatlamda ishlab chiqariladi va silikon karbid gofretining o'zi faqat substrat bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun epitaksial qatlamni nazorat qilish keng tarmoqli yarimo'tkazgich sanoatining muhim qismidir.

Epitaksiya texnologiyasi bo'yicha 7 ta asosiy ko'nikmalar

1. Yuqori (past) qarshilik epitaksial qatlamlari past (yuqori) qarshilik substratlarida epitaksial ravishda o'stirilishi mumkin.
2. N (P) tipidagi epitaksial qatlam to'g'ridan-to'g'ri PN birikmasini hosil qilish uchun P (N) tipidagi substratda epitaksial tarzda o'stirilishi mumkin. Yagona kristalli substratda PN birikmasini amalga oshirish uchun diffuziya usulidan foydalanganda kompensatsiya muammosi yo'q.
3. Niqob texnologiyasi bilan birgalikda tanlangan epitaksial o'sish belgilangan joylarda amalga oshiriladi, integral mikrosxemalar va maxsus tuzilmalarga ega qurilmalarni ishlab chiqarish uchun sharoit yaratadi.
4. Doping turi va kontsentratsiyasi epitaksial o'sish jarayonida ehtiyojlarga qarab o'zgartirilishi mumkin. Konsentratsiyaning o'zgarishi keskin o'zgarish yoki sekin o'zgarish bo'lishi mumkin.
5. O'zgaruvchan komponentlar bilan heterojen, ko'p qatlamli, ko'p komponentli birikmalar va ultra yupqa qatlamlarni o'sishi mumkin.
6. Epitaksial o'sish materialning erish nuqtasidan past haroratda amalga oshirilishi mumkin, o'sish tezligi nazorat qilinadi va atom darajasidagi qalinlikning epitaksial o'sishiga erishish mumkin.
7. U tortib bo'lmaydigan yagona kristalli materiallarni, masalan, GaN, uchinchi va to'rtlamchi birikmalarning yagona kristalli qatlamlarini va boshqalarni o'sishi mumkin.