Cumu i strati epitassiali aiutanu i dispositivi semiconduttori?

L'origine di u nome wafer epitaxiale

Prima, pupularizemu un picculu cuncettu: a preparazione di u wafer include dui ligami maiò: a preparazione di u sustratu è u prucessu epitassiale. U sustratu hè un wafer fattu di materiale monocristallinu semiconduttore. U sustratu pò entre direttamente in u prucessu di fabricazione di u wafer per pruduce dispositivi semiconduttori, o pò esse trasfurmatu da prucessi epitassiali per pruduce wafer epitassiali. L'epitassija si riferisce à u prucessu di crescita di un novu stratu di monocristallu nantu à un sustratu monocristallinu chì hè statu trasfurmatu cù cura per tagliu, macinazione, lucidatura, ecc. U novu monocristallu pò esse u listessu materiale cum'è u sustratu, o pò esse un materiale diversu (omogeneu) epitassija o eteroepitassija). Siccomu u novu stratu di cristallu unicu si stende è cresce secondu a fase cristallina di u substratu, hè chjamatu stratu epitassiale (u spessore hè di solitu di pochi micron, pigliendu u siliciu cum'è esempiu: u significatu di a crescita epitassiale di u siliciu hè nantu à un substratu di cristallu unicu di siliciu cù una certa orientazione cristallina. Un stratu di cristallu cù una bona integrità di a struttura di u reticolo è diverse resistività è spessore cù a stessa orientazione cristallina cum'è u substratu hè cresciutu), è u substratu cù u stratu epitassiale hè chjamatu wafer epitassiale (wafer epitassiale = stratu epitassiale + substratu). Quandu u dispusitivu hè fattu nantu à u stratu epitassiale, hè chjamatu epitassiale pusitivu. Se u dispusitivu hè fattu nantu à u substratu, hè chjamatu epitassiale inversa. In questu mumentu, u stratu epitassiale ghjoca solu un rolu di supportu.

Cialde lucidate

Metodi di crescita epitassiale

Epitassia à fasciu moleculare (MBE): Hè una tecnulugia di crescita epitassiale di semiconduttori realizata in cundizioni di ultra-altu vuotu. In questa tecnica, u materiale surghjente hè evaporatu in forma di un fasciu d'atomi o molecule è dopu depositatu nantu à un substratu cristallinu. MBE hè una tecnulugia di crescita di film sottili di semiconduttori assai precisa è cuntrullata chì pò cuntrullà precisamente u spessore di u materiale depositatu à u livellu atomicu.
CVD metallicu organicu (MOCVD): In u prucessu MOCVD, u metallu organicu è u gasu idruricu N2 chì cuntene l'elementi richiesti sò furniti à u sustratu à una temperatura adatta, subiscenu una reazione chimica per generà u materiale semiconduttore necessariu, è sò depositati nantu à u sustratu, mentre chì i cumposti è i prudutti di reazione rimanenti sò scaricati.
Epitaxia di fase vapore (VPE): L'epitassia di fase vapore hè una tecnulugia impurtante cumunemente aduprata in a pruduzzione di dispositivi semiconduttori. U principiu basicu hè di trasportà u vapore di sustanzi elementari o cumposti in un gas vettore, è di deposità cristalli nantu à u sustratu per via di reazzioni chimiche.

Chì prublemi risolve u prucessu di epitaxia ?

Solu i materiali monocristallini in massa ùn ponu micca risponde à i bisogni crescenti di a fabricazione di diversi dispositivi semiconduttori. Dunque, a crescita epitassiale, una tecnulugia di crescita di materiale monocristallino in stratu sottile, hè stata sviluppata à a fine di u 1959. Dunque, chì cuntribuzione specifica hà a tecnulugia di l'epitassie à l'avanzamentu di i materiali?

Per u siliciu, quandu a tecnulugia di crescita epitassiale di u siliciu hà cuminciatu, era veramente un tempu difficiule per a pruduzzione di transistor di siliciu à alta frequenza è alta putenza. Da u puntu di vista di i principii di i transistor, per ottene alta frequenza è alta putenza, a tensione di rottura di l'area di u cullettore deve esse alta è a resistenza in serie deve esse chjuca, vale à dì, a caduta di tensione di saturazione deve esse chjuca. A prima richiede chì a resistività di u materiale in l'area di cullettore sia alta, mentre chì a seconda richiede chì a resistività di u materiale in l'area di cullettore sia bassa. E duie pruvince sò cuntradittorie trà di elle. Se u spessore di u materiale in l'area di u cullettore hè riduttu per riduce a resistenza in serie, a cialda di siliciu serà troppu fina è fragile per esse trasfurmata. Se a resistività di u materiale hè ridutta, cuntradirà u primu requisitu. Tuttavia, u sviluppu di a tecnulugia epitassiale hà avutu successu è hà risoltu sta difficultà.

Soluzione: Cresce un stratu epitassiale d'alta resistività nantu à un substratu à resistenza estremamente bassa, è fà u dispusitivu nantu à u stratu epitassiale. Stu stratu epitassiale d'alta resistività assicura chì u tubu abbia una alta tensione di rottura, mentre chì u substratu à bassa resistenza Riduce ancu a resistenza di u substratu, riducendu cusì a caduta di tensione di saturazione, risolvendu cusì a cuntradizione trà i dui.

Inoltre, e tecnulugie di epitaxia cum'è l'epitaxia in fase vapore è l'epitaxia in fase liquida di GaAs è altri materiali semiconduttori cumposti III-V, II-VI è altri sò state ancu assai sviluppate è sò diventate a basa per a maiò parte di i dispositivi à microonde, i dispositivi optoelettronici, l'alimentazione. Hè una tecnulugia di prucessu indispensabile per a produzzione di dispositivi, in particulare l'applicazione riescita di a tecnulugia di epitaxia in fase vapore organica metallo-organica è à fasciu moleculare in strati sottili, superreticoli, pozzi quantichi, superreticoli tesi è epitaxia in strati sottili à livellu atomicu, chì hè un novu passu in a ricerca di semiconduttori. U sviluppu di "l'ingegneria di e cinture energetiche" in u campu hà postu una basa solida.

In l'applicazioni pratiche, i dispositivi semiconduttori à banda larga sò guasi sempre fatti nantu à u stratu epitassiale, è a fetta di carburo di siliciu stessa serve solu cum'è substratu. Dunque, u cuntrollu di u stratu epitassiale hè una parte impurtante di l'industria di i semiconduttori à banda larga.

7 cumpetenze maiò in a tecnulugia di l'epitaxia

1. I strati epitassiali à alta (bassa) resistenza ponu esse cresciuti epitassialmente nantu à substrati à bassa (alta) resistenza.
2. U stratu epitaxiale di tipu N (P) pò esse cresciutu epitaxialmente nantu à u substratu di tipu P (N) per furmà direttamente una giunzione PN. Ùn ci hè micun prublema di compensazione quandu si usa u metudu di diffusione per fà una giunzione PN nantu à un substratu monocristallinu.
3. Cumbinata cù a tecnulugia di maschera, a crescita epitassiale selettiva hè realizata in zone designate, creendu cundizioni per a pruduzzione di circuiti integrati è dispositivi cù strutture speciali.
4. U tipu è a cuncentrazione di doping ponu esse cambiati secondu i bisogni durante u prucessu di crescita epitassiale. U cambiamentu di cuncentrazione pò esse un cambiamentu bruscu o un cambiamentu lentu.
5. Pò cultivà cumposti eterogenei, multistrati, multicumponenti è strati ultrafini cù cumponenti variabili.
6. A crescita epitassiale pò esse realizata à una temperatura più bassa di u puntu di fusione di u materiale, a velocità di crescita hè cuntrullata, è si pò ottene una crescita epitassiale di spessore à livellu atomicu.
7. Pò cultivà materiali monocristallini chì ùn ponu esse tirati, cum'è GaN, strati monocristallini di cumposti terziari è quaternari, ecc.