Kiel epitaksiaj tavoloj helpas duonkonduktaĵajn aparatojn?

La origino de la nomo epitaksia oblato

Unue, ni popularigu malgrandan koncepton: la preparado de silabplatoj inkluzivas du ĉefajn ligojn: la preparadon de substratoj kaj la epitaksian procezon. La substrato estas silabplato farita el duonkondukta unu-kristala materialo. La substrato povas rekte eniri la procezon de fabrikado de silabplatoj por produkti duonkonduktajn aparatojn, aŭ ĝi povas esti prilaborita per epitaksiaj procezoj por produkti epitaksiajn silabplatojn. Epitaksio rilatas al la procezo de kreskigo de nova tavolo de unu-kristala materialo sur unu-kristala substrato, kiu estis zorge prilaborita per tranĉado, muelado, polurado, ktp. La nova unu-kristala materialo povas esti la sama materialo kiel la substrato, aŭ ĝi povas esti malsama materialo (homogena) (epitaksio aŭ heteroepitaksio). Ĉar la nova unu-kristala tavolo etendiĝas kaj kreskas laŭ la kristala fazo de la substrato, ĝi nomiĝas epitaksa tavolo (la dikeco estas kutime kelkaj mikrometroj, ekzemple silicio: la signifo de silicia epitaksa kresko estas sur silicia unu-kristala substrato kun certa kristala orientiĝo. Tavolo de kristalo kun bona integreco de la krada strukturo kaj malsama rezisteco kaj dikeco kun la sama kristala orientiĝo kiel la substrato estas kreskigita), kaj la substrato kun la epitaksa tavolo nomiĝas epitaksa sigelo (epitaksa sigelo = epitaksa tavolo + substrato). Kiam la aparato estas farita sur la epitaksa tavolo, ĝi nomiĝas pozitiva epitakso. Se la aparato estas farita sur la substrato, ĝi nomiĝas inversa epitakso. Tiam, la epitaksa tavolo ludas nur subtenan rolon.

Polurita oblato

Epitaksiaj kreskometodoj

Molekula faska epitaksio (MBE): Ĝi estas duonkonduktaĵa epitaksia kreskoteknologio efektivigita sub ultra-altaj vakuaj kondiĉoj. En ĉi tiu tekniko, la fontmaterialo estas vaporigita en la formo de fasko de atomoj aŭ molekuloj kaj poste deponita sur kristala substrato. MBE estas tre preciza kaj kontrolebla duonkonduktaĵa maldika filmkreskoteknologio, kiu povas precize kontroli la dikecon de la deponita materialo je la atomnivelo.
Metal-organika CVD (MOCVD): En la MOCVD-procezo, organika metalo kaj hidrida gaso N₂ enhavanta la bezonatajn elementojn estas liveritaj al la substrato je taŭga temperaturo, spertas kemian reakcion por generi la bezonatan duonkonduktaĵan materialon, kaj estas deponitaj sur la substraton, dum la ceteraj kombinaĵoj kaj reakciaj produktoj estas eligitaj.
Vaporfaza epitaksio (VPE): Vaporfaza epitaksio estas grava teknologio ofte uzata en la produktado de duonkonduktaĵaj aparatoj. La baza principo estas transporti la vaporon de elementaj substancoj aŭ kombinaĵoj en portanta gaso, kaj deponi kristalojn sur la substraton per kemiaj reakcioj.

Kiujn problemojn solvas la epitaksio-procezo?

Nur amasaj unukristalaj materialoj ne povas kontentigi la kreskantajn bezonojn de fabrikado de diversaj duonkonduktaĵaj aparatoj. Tial, epitaksa kresko, maldiktavola unukristala materialkreskiga teknologio, estis evoluigita fine de 1959. Do, kian specifan kontribuon havas epitaksa teknologio al la progreso de materialoj?

Por silicio, kiam la epitaksia kreskoteknologio de silicio komenciĝis, estis vere malfacila tempo por la produktado de siliciaj altfrekvencaj kaj altpotencaj transistoroj. El la perspektivo de la transistoraj principoj, por atingi altan frekvencon kaj altan potencon, la disfala tensio de la kolekta areo devas esti alta kaj la seria rezisto devas esti malgranda, tio estas, la saturiĝa tensiofalo devas esti malgranda. La unua postulas, ke la rezisteco de la materialo en la kolekta areo estu alta, dum la dua postulas, ke la rezisteco de la materialo en la kolekta areo estu malalta. La du kondiĉoj estas kontraŭdiraj unu al la alia. Se la dikeco de la materialo en la kolekta areo estas reduktita por redukti la serian reziston, la silicia oblikveto estos tro maldika kaj delikata por esti prilaborita. Se la rezisteco de la materialo estas reduktita, ĝi kontraŭdiros la unuan postulon. Tamen, la disvolviĝo de epitaksia teknologio sukcesis kaj solvis ĉi tiun malfacilaĵon.

Solvo: Kreskigu alt-rezistancan epitaksian tavolon sur ekstreme malalt-rezistanca substrato, kaj faru la aparaton sur la epitaksia tavolo. Ĉi tiu alt-rezistanca epitaksia tavolo certigas, ke la tubo havas altan kolapsan tension, dum la malalt-rezistanca substrato ankaŭ reduktas la reziston de la substrato, tiel reduktante la saturiĝan tensiofalon, tiel solvante la kontraŭdiron inter la du.

Krome, epitaksiaj teknologioj kiel vapora faza epitaksio kaj likva faza epitaksio de GaAs kaj aliaj III-V, II-VI kaj aliaj molekulaj kunmetitaj duonkonduktaĵaj materialoj ankaŭ estis multe evoluintaj kaj fariĝis la bazo por plej multaj mikroondaj aparatoj, optoelektronikaj aparatoj, potenco. Ĝi estas nemalhavebla procesteknologio por la produktado de aparatoj, precipe la sukcesa apliko de molekula fasko kaj metal-organika vapora faza epitaksioteknologio en maldikaj tavoloj, superretoj, kvantumputoj, streĉitaj superretoj kaj atomnivela maldiktavola epitaksio, kio estas nova paŝo en duonkonduktaĵa esplorado. La evoluo de "energia zoninĝenierado" en la kampo metis solidan fundamenton.

En praktikaj aplikoj, duonkonduktaĵaj aparatoj kun larĝa bendbreĉo preskaŭ ĉiam estas faritaj sur la epitaksia tavolo, kaj la silicia karbida oblato mem nur servas kiel substrato. Tial, la kontrolo de la epitaksia tavolo estas grava parto de la duonkonduktaĵa industrio kun larĝa bendbreĉo.

7 gravaj kapabloj en epitaksioteknologio

1. Epitakse kreskigeblaj tavoloj kun alta (malalta) rezisto povas esti epitakse kreskigitaj sur substratoj kun malalta (alta) rezisto.
2. La epitaksia tavolo de tipo N(P) povas esti epitaksie kreskigita sur la substrato de tipo P(N) por rekte formi PN-transiron. Ne ekzistas kompensa problemo kiam oni uzas la difuzan metodon por krei PN-transiron sur unu-kristala substrato.
3. Kombinite kun maskoteknologio, selektema epitaksia kresko estas farata en difinitaj areoj, kreante kondiĉojn por la produktado de integraj cirkvitoj kaj aparatoj kun specialaj strukturoj.
4. La tipo kaj koncentriĝo de dopaĵo povas esti ŝanĝitaj laŭ bezonoj dum la epitaksia kreskoprocezo. La ŝanĝo en koncentriĝo povas esti subita ŝanĝo aŭ malrapida ŝanĝo.
5. Ĝi povas kreskigi heterogenajn, plurtavolajn, plurkomponentajn kombinaĵojn kaj ultramaldikajn tavolojn kun variaj komponantoj.
6. Epitaksia kresko povas esti efektivigita je temperaturo pli malalta ol la fandopunkto de la materialo, la kreskorapideco estas kontrolebla, kaj epitaksia kresko de atomnivela dikeco povas esti atingita.
7. Ĝi povas kreskigi unu-kristalajn materialojn, kiujn oni ne povas tiri, kiel ekzemple GaN, unu-kristalaj tavoloj de terciaraj kaj kvaternaraj kombinaĵoj, ktp.