Sut mae haenau epitacsial yn helpu dyfeisiau lled-ddargludyddion?

Tarddiad yr enw wafer epitacsial

Yn gyntaf, gadewch i ni boblogeiddio cysyniad bach: mae paratoi wafer yn cynnwys dau brif gysylltiad: paratoi swbstrad a phroses epitacsial. Wafer wedi'i gwneud o ddeunydd grisial sengl lled-ddargludyddion yw'r swbstrad. Gall y swbstrad fynd i mewn i'r broses weithgynhyrchu wafer yn uniongyrchol i gynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion, neu gellir ei brosesu trwy brosesau epitacsial i gynhyrchu wafers epitacsial. Mae epitacsi yn cyfeirio at y broses o dyfu haen newydd o grisial sengl ar swbstrad grisial sengl sydd wedi'i brosesu'n ofalus trwy dorri, malu, sgleinio, ac ati. Gall y grisial sengl newydd fod yr un deunydd â'r swbstrad, neu gall fod yn ddeunydd gwahanol (epitacsi homogenaidd neu heteroepitacsi). Gan fod yr haen grisial sengl newydd yn ymestyn ac yn tyfu yn ôl cyfnod grisial y swbstrad, fe'i gelwir yn haen epitacsial (fel arfer mae'r trwch yn ychydig ficronau, gan gymryd silicon fel enghraifft: ystyr twf epitacsial silicon yw ar swbstrad grisial sengl silicon gyda chyfeiriadedd grisial penodol. Mae haen o grisial gyda chyfanrwydd strwythur dellt da a gwrthedd a thrwch gwahanol gyda'r un cyfeiriadedd grisial â'r swbstrad yn cael ei thyfu), a gelwir y swbstrad gyda'r haen epitacsial yn wafer epitacsial (wafer epitacsial = haen epitacsial + swbstrad). Pan wneir y ddyfais ar yr haen epitacsial, fe'i gelwir yn epitacsi positif. Os gwneir y ddyfais ar y swbstrad, fe'i gelwir yn epitacsi gwrthdro. Ar yr adeg hon, dim ond rôl gefnogol y mae'r haen epitacsial yn ei chwarae.

Wafer wedi'i sgleinio

Dulliau twf epitacsial

Epitacsi trawst moleciwlaidd (MBE): Mae'n dechnoleg twf epitacsiaidd lled-ddargludyddion a berfformir o dan amodau gwactod uwch-uchel. Yn y dechneg hon, mae deunydd ffynhonnell yn cael ei anweddu ar ffurf trawst o atomau neu foleciwlau ac yna'n cael ei ddyddodi ar swbstrad crisialog. Mae MBE yn dechnoleg twf ffilm denau lled-ddargludyddion manwl iawn a rheoladwy a all reoli trwch y deunydd a ddyddodir yn fanwl gywir ar y lefel atomig.
CVD metel organig (MOCVD): Yn y broses MOCVD, mae metel organig a nwy hydrid N sy'n cynnwys yr elfennau gofynnol yn cael eu cyflenwi i'r swbstrad ar dymheredd priodol, yn cael adwaith cemegol i gynhyrchu'r deunydd lled-ddargludyddion gofynnol, ac yn cael eu dyddodi ar y swbstrad, tra bod y cyfansoddion a'r cynhyrchion adwaith sy'n weddill yn cael eu rhyddhau.
Epitacsi cyfnod anwedd (VPE): Mae epitacsi cyfnod anwedd yn dechnoleg bwysig a ddefnyddir yn gyffredin wrth gynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion. Yr egwyddor sylfaenol yw cludo anwedd sylweddau neu gyfansoddion elfennol mewn nwy cludwr, a dyddodi crisialau ar y swbstrad trwy adweithiau cemegol.

Pa broblemau mae'r broses epitacsi yn eu datrys?

Dim ond deunyddiau grisial sengl swmp all ddiwallu anghenion cynyddol gweithgynhyrchu amrywiol ddyfeisiau lled-ddargludyddion. Felly, datblygwyd twf epitacsial, technoleg twf deunydd grisial sengl haen denau, ar ddiwedd 1959. Felly pa gyfraniad penodol sydd gan dechnoleg epitacsi i ddatblygiad deunyddiau?

I silicon, pan ddechreuodd technoleg twf epitacsial silicon, roedd yn gyfnod anodd iawn i gynhyrchu transistorau silicon amledd uchel a phŵer uchel. O safbwynt egwyddorion transistor, er mwyn cael amledd uchel a phŵer uchel, rhaid i foltedd chwalu'r ardal gasglu fod yn uchel a rhaid i'r gwrthiant cyfres fod yn fach, hynny yw, rhaid i'r gostyngiad foltedd dirlawnder fod yn fach. Mae'r cyntaf yn ei gwneud yn ofynnol bod gwrthedd y deunydd yn yr ardal gasglu yn uchel, tra bod yr olaf yn ei gwneud yn ofynnol bod gwrthedd y deunydd yn yr ardal gasglu yn isel. Mae'r ddau dalaith yn groes i'w gilydd. Os caiff trwch y deunydd yn yr ardal gasglu ei leihau i leihau'r gwrthiant cyfres, bydd y wafer silicon yn rhy denau a bregus i'w brosesu. Os caiff gwrthedd y deunydd ei leihau, bydd yn gwrth-ddweud y gofyniad cyntaf. Fodd bynnag, mae datblygiad technoleg epitacsial wedi llwyddo i ddatrys yr anhawster hwn.

Datrysiad: Tyfwch haen epitacsial gwrthiant uchel ar swbstrad gwrthiant isel iawn, a gwnewch y ddyfais ar yr haen epitacsial. Mae'r haen epitacsial gwrthiant uchel hon yn sicrhau bod gan y tiwb foltedd chwalfa uchel, tra bod y swbstrad gwrthiant isel hefyd yn lleihau gwrthiant y swbstrad, a thrwy hynny'n lleihau'r gostyngiad foltedd dirlawnder, a thrwy hynny'n datrys y gwrthddywediad rhyngddynt.

Yn ogystal, mae technolegau epitacsi fel epitacsi cyfnod anwedd ac epitacsi cyfnod hylif GaAs a deunyddiau lled-ddargludyddion cyfansawdd moleciwlaidd III-V, II-VI eraill hefyd wedi'u datblygu'n fawr ac maent wedi dod yn sail i'r rhan fwyaf o ddyfeisiau microdon, dyfeisiau optoelectronig, pŵer. Mae'n dechnoleg broses anhepgor ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau, yn enwedig cymhwyso technoleg epitacsi cyfnod anwedd trawst moleciwlaidd a metel organig yn llwyddiannus mewn haenau tenau, uwch-lattices, ffynhonnau cwantwm, uwch-lattices dan straen, ac epitacsi haen denau lefel atomig, sy'n gam newydd mewn ymchwil lled-ddargludyddion. Mae datblygiad "peirianneg gwregys ynni" yn y maes wedi gosod sylfaen gadarn.

Mewn cymwysiadau ymarferol, mae dyfeisiau lled-ddargludyddion band-gap eang bron bob amser yn cael eu gwneud ar yr haen epitacsial, ac mae'r wafer silicon carbid ei hun yn gwasanaethu fel y swbstrad yn unig. Felly, mae rheoli'r haen epitacsial yn rhan bwysig o'r diwydiant lled-ddargludyddion band-gap eang.

7 sgil mawr mewn technoleg epitacsi

1. Gellir tyfu haenau epitacsial gwrthiant uchel (isel) yn epitacsial ar swbstradau gwrthiant isel (uchel).
2. Gellir tyfu'r haen epitacsial math N (P) yn epitacsial ar y swbstrad math P (N) i ffurfio cyffordd PN yn uniongyrchol. Nid oes problem iawndal wrth ddefnyddio'r dull trylediad i wneud cyffordd PN ar swbstrad crisial sengl.
3. Ynghyd â thechnoleg masg, perfformir twf epitacsial dethol mewn ardaloedd dynodedig, gan greu amodau ar gyfer cynhyrchu cylchedau integredig a dyfeisiau â strwythurau arbennig.
4. Gellir newid math a chrynodiad y dopio yn ôl yr anghenion yn ystod y broses twf epitacsial. Gall y newid mewn crynodiad fod yn newid sydyn neu'n newid araf.
5. Gall dyfu cyfansoddion heterogenaidd, aml-haenog, aml-gydran a haenau ultra-denau gyda chydrannau amrywiol.
6. Gellir cynnal twf epitacsial ar dymheredd is na phwynt toddi'r deunydd, mae'r gyfradd twf yn rheoladwy, a gellir cyflawni twf epitacsial o drwch lefel atomig.
7. Gall dyfu deunyddiau grisial sengl na ellir eu tynnu, fel GaN, haenau grisial sengl o gyfansoddion trydyddol a chwaternaidd, ac ati.