Giunsa pagtabang sa mga epitaxial layer ang mga semiconductor device?

Ang gigikanan sa ngalan nga epitaxial wafer

Una, atong i-popularize ang usa ka gamay nga konsepto: ang pag-andam sa wafer naglakip sa duha ka dagkong sumpay: ang pag-andam sa substrate ug ang proseso sa epitaxial. Ang substrate usa ka wafer nga hinimo sa semiconductor single crystal nga materyal. Ang substrate mahimong direktang mosulod sa proseso sa paggama sa wafer aron makahimo og mga semiconductor device, o mahimo kini nga iproseso pinaagi sa mga proseso sa epitaxial aron makahimo og mga epitaxial wafer. Ang epitaxy nagtumong sa proseso sa pagtubo sa usa ka bag-ong layer sa single crystal sa usa ka single crystal substrate nga maampingong giproseso pinaagi sa pagputol, paggaling, pagpasinaw, ug uban pa. Ang bag-ong single crystal mahimong parehas nga materyal sa substrate, o mahimo kini nga lahi nga materyal (homogeneous) epitaxy o heteroepitaxy). Tungod kay ang bag-ong single crystal layer molapad ug motubo sumala sa crystal phase sa substrate, kini gitawag nga epitaxial layer (ang gibag-on kasagaran pipila ka microns, gamit ang silicon isip pananglitan: ang kahulugan sa silicon epitaxial growth anaa sa usa ka silicon single crystal substrate nga adunay piho nga crystal orientation. Usa ka layer sa kristal nga adunay maayong lattice structure integrity ug lain-laing resistivity ug gibag-on nga adunay parehas nga crystal orientation sama sa substrate nga gipatubo), ug ang substrate nga adunay epitaxial layer gitawag nga epitaxial wafer (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate). Kung ang device gihimo sa epitaxial layer, kini gitawag nga positive epitaxy. Kung ang device gihimo sa substrate, kini gitawag nga reverse epitaxy. Niining panahona, ang epitaxial layer nagdula lamang og supporting role.

Pinasinaw nga wafer

Mga pamaagi sa pagtubo sa epitaxial

Molecular beam epitaxy (MBE): Kini usa ka teknolohiya sa semiconductor epitaxial growth nga gihimo ubos sa ultra-high vacuum nga mga kondisyon. Niini nga teknik, ang source material gipaalisngaw sa porma sa usa ka beam sa mga atomo o molekula ug dayon gideposito sa usa ka crystalline substrate. Ang MBE usa ka tukma kaayo ug kontrolado nga semiconductor thin film growth technology nga tukma nga makakontrol sa gibag-on sa gideposito nga materyal sa atomic level.
Metal organic CVD (MOCVD): Sa proseso sa MOCVD, ang organic metal ug hydride gas N gas nga adunay gikinahanglan nga mga elemento gisuplay sa substrate sa angay nga temperatura, moagi sa kemikal nga reaksyon aron makamugna sa gikinahanglan nga semiconductor material, ug ideposito sa substrate, samtang ang nahabilin nga mga compound ug mga produkto sa reaksyon gipagawas.
Vapor phase epitaxy (VPE): Ang vapor phase epitaxy usa ka importante nga teknolohiya nga kasagarang gigamit sa paghimo og mga semiconductor device. Ang sukaranang prinsipyo mao ang pagdala sa alisngaw sa mga elemental nga substansiya o mga compound sa usa ka carrier gas, ug pagdeposito sa mga kristal sa substrate pinaagi sa mga kemikal nga reaksyon.

Unsa nga mga problema ang masulbad sa proseso sa epitaxy?

Ang mga bulk single crystal nga materyales lamang ang dili makatubag sa nagkadako nga panginahanglan sa paggama sa lainlaing mga semiconductor device. Busa, ang epitaxial growth, usa ka thin-layer single crystal material growth technology, naugmad sa katapusan sa 1959. Busa unsa ang piho nga kontribusyon sa teknolohiya sa epitaxy sa pag-uswag sa mga materyales?

Para sa silicon, sa pagsugod sa teknolohiya sa pagtubo sa silicon epitaxial, lisod gyud ang panahon sa paghimo og silicon high-frequency ug high-power transistors. Gikan sa perspektibo sa mga prinsipyo sa transistor, aron makakuha og high frequency ug high power, kinahanglan taas ang breakdown voltage sa collector area ug gamay ang series resistance, buot ipasabot, gamay ang saturation voltage drop. Ang una nagkinahanglan nga taas ang resistivity sa materyal sa collecting area, samtang ang ikaduha nagkinahanglan nga ubos ang resistivity sa materyal sa collecting area. Nagkasumpaki ang duha ka probinsya. Kon pakunhuran ang gibag-on sa materyal sa collector area aron pakunhuran ang series resistance, ang silicon wafer mahimong nipis kaayo ug dali maproseso. Kon pakunhuran ang resistivity sa materyal, mosupak kini sa unang kinahanglanon. Apan, ang pag-uswag sa epitaxial technology malampuson nga nakasulbad niini nga kalisud.

Solusyon: Pagpatubo og high-resistivity epitaxial layer sa usa ka substrate nga ubos kaayo ang resistensya, ug himoa ang device sa epitaxial layer. Kini nga high-resistivity epitaxial layer nagsiguro nga ang tubo adunay taas nga breakdown voltage, samtang ang low-resistance substrate nagpamenos usab sa resistensya sa substrate, sa ingon nagpamenos sa saturation voltage drop, sa ingon nasulbad ang kontradiksyon tali sa duha.

Dugang pa, ang mga teknolohiya sa epitaxy sama sa vapor phase epitaxy ug liquid phase epitaxy sa GaAs ug uban pang III-V, II-VI ug uban pang mga materyales sa molecular compound semiconductor naugmad usab pag-ayo ug nahimong basehan sa kadaghanan sa mga microwave device, optoelectronic device, power device. Kini usa ka kinahanglanon nga proseso sa teknolohiya alang sa paghimo og mga device, labi na ang malampuson nga paggamit sa teknolohiya sa molecular beam ug metal organic vapor phase epitaxy sa nipis nga mga layer, superlattices, quantum wells, strained superlattices, ug atomic-level thin-layer epitaxy, nga usa ka bag-ong lakang sa panukiduki sa semiconductor. Ang pag-uswag sa "energy belt engineering" sa natad nagbutang ug lig-on nga pundasyon.

Sa praktikal nga mga aplikasyon, ang mga wide bandgap semiconductor device halos kanunay nga gihimo sa epitaxial layer, ug ang silicon carbide wafer mismo nagsilbi lamang nga substrate. Busa, ang pagkontrol sa epitaxial layer usa ka importante nga bahin sa industriya sa wide bandgap semiconductor.

7 ka pangunang kahanas sa teknolohiya sa epitaxy

1. Ang mga epitaxial layer nga taas (ubos) ang resistensya mahimong ipatubo pinaagi sa epitaxial nga paagi sa mga substrate nga ubos (taas) ang resistensya.
2. Ang N (P) type epitaxial layer mahimong epitaxially nga ipatubo sa P (N) type substrate aron direkta nga maporma ang PN junction. Walay problema sa compensation kung gamiton ang diffusion method aron makahimo og PN junction sa usa ka single crystal substrate.
3. Inubanan sa teknolohiya sa maskara, ang pinili nga pagtubo sa epitaxial gihimo sa gitudlo nga mga lugar, nga nagmugna og mga kondisyon alang sa paghimo og mga integrated circuit ug mga aparato nga adunay espesyal nga mga istruktura.
4. Ang klase ug konsentrasyon sa doping mahimong usbon sumala sa mga panginahanglan atol sa proseso sa pagtubo sa epitaxial. Ang pagbag-o sa konsentrasyon mahimong kalit o hinay.
5. Mahimo kining motubo og lain-laing klase, daghang lut-od, daghang sangkap nga mga compound ug nipis kaayong mga lut-od nga adunay lainlain nga mga sangkap.
6. Ang epitaxial growth mahimong ipahigayon sa temperatura nga mas ubos kay sa melting point sa materyal, ang gikusgon sa pagtubo makontrolar, ug ang epitaxial growth sa gibag-on sa atomic-level makab-ot.
7. Mahimo kining motubo og mga single crystal nga materyales nga dili mabira, sama sa GaN, single crystal layers sa tertiary ug quaternary compounds, ug uban pa.