Porijeklo naziva epitaksijalna pločica
Prvo, popularizirajmo mali koncept: priprema pločice uključuje dvije glavne karike: pripremu podloge i epitaksijalni proces. Podloga je pločica napravljena od poluprovodničkog monokristalnog materijala. Podloga može direktno ući u proces proizvodnje pločice za proizvodnju poluprovodničkih uređaja ili se može obraditi epitaksijalnim procesima za proizvodnju epitaksijalnih pločica. Epitaksija se odnosi na proces uzgoja novog sloja monokristala na monokristalnoj podlozi koja je pažljivo obrađena rezanjem, brušenjem, poliranjem itd. Novi monokristal može biti od istog materijala kao i podloga ili može biti od drugog materijala (homogena epitaksija ili heteroepitaksija). Budući da se novi sloj monokristala proteže i raste u skladu s kristalnom fazom podloge, naziva se epitaksijalni sloj (debljina je obično nekoliko mikrona, uzimajući silicijum kao primjer: značenje epitaksijalnog rasta silicija je na silicijumskoj monokristalnoj podlozi s određenom kristalnom orijentacijom. Sloj kristala s dobrim integritetom rešetkaste strukture i različitom otpornošću i debljinom s istom kristalnom orijentacijom kao i podloga se uzgaja), a podloga s epitaksijalnim slojem naziva se epitaksijalna pločica (epitaksijalna pločica = epitaksijalni sloj + podloga). Kada je uređaj napravljen na epitaksijalnom sloju, to se naziva pozitivna epitaksija. Ako je uređaj napravljen na podlozi, to se naziva reverzna epitaksija. U ovom slučaju, epitaksijalni sloj igra samo potpornu ulogu.
Polirani oblat
Epitaksijalne metode rasta
Molekularna epitaksija snopa (MBE): To je tehnologija epitaksijalnog rasta poluprovodnika koja se izvodi u uslovima ultra visokog vakuuma. U ovoj tehnici, izvorni materijal se isparava u obliku snopa atoma ili molekula, a zatim se taloži na kristalnu podlogu. MBE je vrlo precizna i kontrolisana tehnologija rasta tankog filma poluprovodnika koja može precizno kontrolisati debljinu taloženog materijala na atomskom nivou.
Metalorganski CVD (MOCVD): U MOCVD procesu, organski metal i hidridni plin N2 koji sadrži potrebne elemente dovode se na podlogu na odgovarajućoj temperaturi, podvrgavaju se hemijskoj reakciji kako bi se generirao potreban poluprovodnički materijal i talože se na podlogu, dok se preostali spojevi i produkti reakcije ispuštaju.
Epitaksija u parnoj fazi (VPE): Epitaksija u parnoj fazi je važna tehnologija koja se često koristi u proizvodnji poluprovodničkih uređaja. Osnovni princip je transport pare elementarnih supstanci ili jedinjenja u nosećem gasu i nanošenje kristala na podlogu putem hemijskih reakcija.
Koje probleme rješava proces epitaksije?
Samo monokristalni materijali u rasutom stanju ne mogu zadovoljiti rastuće potrebe proizvodnje različitih poluprovodničkih uređaja. Stoga je krajem 1959. godine razvijen epitaksijalni rast, tehnologija rasta tankoslojnih monokristalnih materijala. Dakle, kakav specifičan doprinos epitaksija ima napretku materijala?
Za silicijum, kada je započela tehnologija epitaksijalnog rasta silicija, to je bilo zaista teško vrijeme za proizvodnju silicijumskih visokofrekventnih i visokosnažnih tranzistora. Iz perspektive principa tranzistora, da bi se postigla visoka frekvencija i velika snaga, probojni napon kolektorskog područja mora biti visok, a serijski otpor mora biti mali, odnosno pad napona zasićenja mora biti mali. Prvo zahtijeva da otpornost materijala u kolektorskom području bude visoka, dok drugo zahtijeva da otpornost materijala u kolektorskom području bude niska. Ove dvije oblasti su međusobno kontradiktorne. Ako se debljina materijala u kolektorskom području smanji kako bi se smanjio serijski otpor, silicijumska pločica će biti previše tanka i krhka za obradu. Ako se smanji otpornost materijala, to će biti u suprotnosti s prvim zahtjevom. Međutim, razvoj epitaksijalne tehnologije je uspješno riješio ovu poteškoću.
Rješenje: Uzgojiti epitaksijalni sloj visokog otpora na podlozi izuzetno niskog otpora i napraviti uređaj na epitaksijalnom sloju. Ovaj epitaksijalni sloj visokog otpora osigurava da cijev ima visok probojni napon, dok podloga niskog otpora također smanjuje otpor podloge, čime se smanjuje pad napona zasićenja, čime se rješava kontradikcija između ta dva.
Pored toga, tehnologije epitaksije kao što su epitaksija u parnoj fazi i epitaksija u tečnoj fazi GaAs i drugih III-V, II-VI i drugih molekularnih spojnih poluprovodničkih materijala također su uveliko razvijene i postale su osnova za većinu mikrotalasnih uređaja, optoelektronskih uređaja, energetskih uređaja. To je nezamjenjiva procesna tehnologija za proizvodnju uređaja, posebno uspješna primjena tehnologije molekularnog snopa i epitaksije metalorganske parne faze u tankim slojevima, superrešetkama, kvantnim jamama, napregnutim superrešetkama i epitaksiji tankog sloja na atomskom nivou, što je novi korak u istraživanju poluprovodnika. Razvoj "inženjerstva energetskog pojasa" u ovoj oblasti postavio je čvrste temelje.
U praktičnim primjenama, poluprovodnički uređaji sa širokim energetskim razmakom gotovo uvijek se izrađuju na epitaksijalnom sloju, a sama silicijum-karbidna pločica služi samo kao podloga. Stoga je kontrola epitaksijalnog sloja važan dio industrije poluprovodnika sa širokim energetskim razmakom.
7 glavnih vještina u tehnologiji epitaksije
1. Epitaksijalni slojevi visokog (niskog) otpora mogu se epitaksijalno uzgajati na podlogama niskog (visokog) otpora.
2. Epitaksijalni sloj tipa N (P) može se epitaksijalno uzgojiti na podlozi tipa P (N) kako bi se direktno formirao PN spoj. Nema problema s kompenzacijom kada se koristi difuzijska metoda za stvaranje PN spoja na monokristalnoj podlozi.
3. U kombinaciji s tehnologijom maski, selektivni epitaksijalni rast se izvodi u određenim područjima, stvarajući uvjete za proizvodnju integriranih krugova i uređaja sa posebnim strukturama.
4. Vrsta i koncentracija dopinga mogu se mijenjati prema potrebama tokom procesa epitaksijalnog rasta. Promjena koncentracije može biti nagla ili spora promjena.
5. Može uzgajati heterogene, višeslojne, višekomponentne spojeve i ultra tanke slojeve s varijabilnim komponentama.
6. Epitaksijalni rast se može izvesti na temperaturi nižoj od tačke topljenja materijala, brzina rasta je kontrolisana i može se postići epitaksijalni rast debljine na nivou atoma.
7. Može uzgajati monokristalne materijale koji se ne mogu izvlačiti, kao što su GaN, monokristalni slojevi tercijarnih i kvaternarnih spojeva itd.
Vrijeme objave: 13. maj 2024.