Паходжанне назвы эпітаксіяльнай пласціны
Спачатку давайце папулярызуем невялікую канцэпцыю: падрыхтоўка пласцін уключае ў сябе два асноўныя звёны: падрыхтоўку падкладкі і эпітаксіяльны працэс. Падкладка - гэта пласціна, вырабленая з паўправадніковага монакрышталічнага матэрыялу. Падкладка можа непасрэдна ўваходзіць у працэс вытворчасці пласцін для вырабу паўправадніковых прылад, альбо яна можа быць апрацавана эпітаксіяльнымі працэсамі для атрымання эпітаксіяльных пласцін. Эпітаксія адносіцца да працэсу вырошчвання новага пласта монакрышталя на монакрышталічнай падкладцы, якая была старанна апрацавана шляхам рэзкі, шліфоўкі, паліроўкі і г.д. Новы монакрышталь можа быць з таго ж матэрыялу, што і падкладка, альбо з іншага матэрыялу (аднародная эпітаксія або гетэраэпітаксія). Паколькі новы монакрышталічны пласт пашыраецца і расце ў адпаведнасці з крышталічнай фазай падкладкі, ён называецца эпітаксіяльным пластом (таўшчыня звычайна складае некалькі мікронаў, напрыклад, крэмній: эпітаксіяльны рост крэмнію азначае рост на монакрышталічнай падкладцы крэмнію з пэўнай арыентацыяй крышталя. Гэта пласт крышталя з добрай цэласнасцю структуры рашоткі, розным супраціўленнем і таўшчынёй з такой жа арыентацыяй крышталя, як і падкладка), а падкладка з эпітаксіяльным пластом называецца эпітаксіяльнай пласцінай (эпітаксіяльная пласціна = эпітаксіяльны пласт + падкладка). Калі прылада выраблена на эпітаксіяльным пласціне, гэта называецца станоўчай эпітаксіяй. Калі прылада выраблена на падкладцы, гэта называецца зваротнай эпітаксіяй. У гэтым выпадку эпітаксіяльны пласт выконвае толькі дапаможную ролю.
Паліраваная вафля
Эпітаксіяльныя метады росту
Малекулярна-прамянёвая эпітаксія (MBE): гэта тэхналогія эпітаксіяльнага росту паўправаднікоў, якая выконваецца ва ўмовах звышвысокага вакууму. Пры гэтай тэхніцы зыходны матэрыял выпарваецца ў выглядзе пучка атамаў або малекул, а затым наносіцца на крышталічную падкладку. MBE — гэта вельмі дакладная і кіраваная тэхналогія росту тонкіх плёнак паўправаднікоў, якая дазваляе дакладна кантраляваць таўшчыню напылянага матэрыялу на атамным узроўні.
Металарганічны CVD (MOCVD): У працэсе MOCVD арганічны метал і гідрыдны газ N2, які змяшчае неабходныя элементы, падаюцца на падкладку пры адпаведнай тэмпературы, падвяргаюцца хімічнай рэакцыі для стварэння неабходнага паўправадніковага матэрыялу і наносяцца на падкладку, у той час як астатнія злучэнні і прадукты рэакцыі вылучаюцца.
Газафазная эпітаксія (ГФЭ): Газафазная эпітаксія — важная тэхналогія, якая шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці паўправадніковых прыбораў. Асноўны прынцып заключаецца ў транспарціроўцы пароў элементарных рэчываў або злучэнняў у газе-носьбіце і нанясенні крышталяў на падкладку шляхам хімічных рэакцый.
Якія праблемы вырашае працэс эпітаксіі?
Толькі аб'ёмныя монакрышталічныя матэрыялы не могуць задаволіць растучыя патрэбы ў вытворчасці розных паўправадніковых прылад. Таму ў канцы 1959 года была распрацавана эпітаксіяльная тэхналогія вырошчвання тонкаслаёвых монакрышталічных матэрыялаў. Дык які канкрэтны ўклад мае тэхналогія эпітаксія ў развіццё матэрыялаў?
Для крэмнію, калі пачалася распрацоўка тэхналогіі эпітаксіяльнага росту крэмнію, гэта быў сапраўды цяжкі час для вытворчасці крэмніевых высокачастотных і магутных транзістараў. З пункту гледжання прынцыпаў транзістараў, для атрымання высокай частаты і высокай магутнасці напружанне прабоя ў зоне калектара павінна быць высокім, а паслядоўны супраціў — малым, гэта значыць падзенне напружання насычэння павінна быць малым. Першае патрабуе высокага супраціўлення матэрыялу ў зоне збору, а другое — нізкага супраціўлення матэрыялу ў зоне збору. Гэтыя дзве вобласці супярэчаць адна адной. Калі таўшчыня матэрыялу ў зоне калектара паменшыцца, каб паменшыць паслядоўны супраціў, крэмніевая пласціна будзе занадта тонкай і далікатнай для апрацоўкі. Калі ж супраціўленне матэрыялу паменшыцца, гэта будзе супярэчыць першаму патрабаванню. Аднак распрацоўка эпітаксіяльнай тэхналогіі паспяхова вырашыла гэтую праблему.
Рашэнне: Выгадаваць эпітаксіяльны пласт з высокім удзельным супраціўленнем на падкладцы з надзвычай нізкім супраціўленнем і вырабіць прыладу на гэтым пластыку. Гэты эпітаксіяльны пласт з высокім удзельным супраціўленнем забяспечвае высокую прабойную напругу трубкі, у той час як падкладка з нізкім супраціўленнем таксама зніжае супраціўленне падкладкі, тым самым памяншаючы падзенне напружання насычэння, тым самым вырашаючы супярэчнасць паміж імі.
Акрамя таго, тэхналогіі эпітаксіі, такія як парафазная эпітаксія і вадкафазная эпітаксія GaAs і іншых III-V, II-VI і іншых малекулярных злучэнняў паўправадніковых матэрыялаў, таксама атрымалі значнае развіццё і сталі асновай для большасці мікрахвалевых прылад, оптаэлектронных прылад, энергетычных прылад. Гэта незаменная тэхналогія працэсу для вытворчасці прылад, асабліва паспяховае прымяненне тэхналогіі малекулярна-прамянёвай і металаарганічнай парафазнай эпітаксіі ў тонкіх пластах, звышрашотках, квантавых ямах, напружаных звышрашотках і тонкаслаёвай эпітаксіі на атамным узроўні, што з'яўляецца новым крокам у даследаваннях паўправаднікоў. Развіццё «энергетычнай пояснай інжынерыі» ў гэтай галіне заклала трывалую аснову.
У практычным ужыванні шыроказонныя паўправадніковыя прыборы амаль заўсёды вырабляюцца на эпітаксіяльным пласце, а сама пласціна карбіду крэмнію служыць толькі падкладкай. Такім чынам, кантроль эпітаксіяльнага пласта з'яўляецца важнай часткай шыроказоннай паўправадніковай прамысловасці.
7 асноўных навыкаў у тэхналогіі эпітаксіі
1. Эпітаксіяльныя пласты з высокім (нізкім) супраціўленнем можна эпітаксіяльна вырошчваць на падкладках з нізкім (высокім) супраціўленнем.
2. Эпітаксіяльны пласт тыпу N (P) можа быць эпітаксіяльна вырашчаны на падложцы тыпу P (N) для непасрэднага фарміравання PN-пераходу. Пры выкарыстанні метаду дыфузіі для стварэння PN-пераходу на монакрышталічнай падложцы няма праблем з кампенсацыяй.
3. У спалучэнні з тэхналогіяй маскі селектыўны эпітаксіяльны рост праводзіцца ў спецыяльна адведзеных зонах, ствараючы ўмовы для вытворчасці інтэгральных схем і прылад са спецыяльнымі структурамі.
4. Тып і канцэнтрацыя легіруючых рэчываў могуць змяняцца ў залежнасці ад патрэб падчас працэсу эпітаксіяльнага росту. Змена канцэнтрацыі можа быць раптоўнай або павольнай.
5. Ён можа вырошчваць гетэрагенныя, шматслаёвыя, шматкампанентныя злучэнні і ультратонкія пласты са зменнымі кампанентамі.
6. Эпітаксіяльны рост можна праводзіць пры тэмпературы ніжэйшай за тэмпературу плаўлення матэрыялу, хуткасць росту кантралюецца, і можна дасягнуць эпітаксіяльнага росту таўшчыні на атамным узроўні.
7. Ён можа вырошчваць монакрышталічныя матэрыялы, якія нельга выцягнуць, такія як GaN, монакрышталічныя пласты трацічных і чацвярцічных злучэнняў і г.д.
Час публікацыі: 13 мая 2024 г.