Oblea epitaxial izenaren jatorria
Lehenik eta behin, kontzeptu txiki bat ezagutaraziko dugu: oblea prestatzeak bi lotura nagusi ditu: substratuaren prestaketa eta epitaxial prozesua. Substratua kristal bakarreko material erdieroalez egindako oblea da. Substratua zuzenean sar daiteke oblearen fabrikazio prozesuan erdieroalezko gailuak ekoizteko, edo prozesu epitaxialen bidez prozesatu daiteke oblea epitaxialak ekoizteko. Epitaxia kristal bakarreko geruza berri bat hazteko prozesuari egiten dio erreferentzia, ebaki, eho, leundu eta abar arretaz prozesatu dena. Kristal bakarreko berria substratuaren material bera izan daiteke, edo material desberdina (homogeneoa) izan daiteke (epitaxia edo heteroepitaxia). Kristal bakarreko geruza berria substratuaren kristal-fasearen arabera luzatu eta hazten denez, geruza epitaxiala deitzen zaio (lodiera normalean mikra batzuetakoa da, silizioa adibidetzat hartuta: siliziozko hazkunde epitaxialaren esanahia kristal-orientazio jakin bat duen siliziozko kristal bakarreko substratu batean da. Sare-egitura osotasun ona eta erresistentzia eta lodiera desberdinak dituen kristal-geruza bat substratuaren kristal-orientazio berdinarekin hazten da), eta geruza epitaxiala duen substratuari oblea epitaxiala deitzen zaio (oblea epitaxiala = geruza epitaxiala + substratua). Gailua geruza epitaxialean egiten denean, epitaxia positiboa deitzen zaio. Gailua substratuan egiten bada, epitaxia alderantzizkoa deitzen zaio. Une honetan, geruza epitaxialak laguntza-eginkizuna baino ez du betetzen.
Oblea leundua
Hazkuntza epitaxialeko metodoak
Molekulen habe epitaxia (MBE): Hutsean dauden baldintza ultra-altuetan egiten den erdieroaleen epitaxial hazkuntza teknologia bat da. Teknika honetan, jatorrizko materiala atomo edo molekula sorta moduan lurrundu eta ondoren substratu kristalino batean metatzen da. MBE oso zehatza eta kontrolagarria den erdieroaleen film meheen hazkuntza teknologia bat da, metatutako materialaren lodiera maila atomikoan zehatz-mehatz kontrola dezakeena.
CVD metal-organikoa (MOCVD): MOCVD prozesuan, beharrezko elementuak dituen metal organikoa eta hidruro gasa N gasa substratuari tenperatura egokian ematen zaizkio, erreakzio kimiko bat jasaten dute beharrezko erdieroale materiala sortzeko, eta substratuan metatzen dira, gainerako konposatuak eta erreakzio produktuak isurtzen diren bitartean.
Lurrun-faseko epitaxia (VPE): Lurrun-faseko epitaxia erdieroaleen gailuen ekoizpenean erabili ohi den teknologia garrantzitsua da. Oinarrizko printzipioa substantzia edo konposatu elementalen lurruna gas garraiatzaile batean garraiatzea da, eta kristalak substratuan metatzea erreakzio kimikoen bidez.
Zein arazo konpontzen ditu epitaxia prozesuak?
Kristal bakarreko materialek soilik ezin dituzte ase hainbat erdieroale gailu fabrikatzeko gero eta behar handiagoak. Hori dela eta, hazkunde epitaxiala, kristal bakarreko materialen hazkuntza-teknologia geruza finean, 1959. urtearen amaieran garatu zen. Beraz, zer ekarpen zehatz egiten dio epitaxia-teknologiak materialen aurrerapenari?
Silizioarentzat, siliziozko epitaxial hazkuntza teknologia hasi zenean, garai zaila izan zen siliziozko maiztasun handiko eta potentzia handiko transistoreak ekoizteko. Transistoreen printzipioen ikuspegitik, maiztasun handia eta potentzia handia lortzeko, kolektore-eremuaren matxura-tentsioa altua izan behar da eta serieko erresistentzia txikia, hau da, saturazio-tentsioaren jaitsiera txikia izan behar da. Lehenengoak bilketa-eremuko materialaren erresistentzia altua izan behar du, eta bigarrenak, berriz, bilketa-eremuko materialaren erresistentzia baxua. Bi probintziek kontraesanean daude elkarren artean. Kolektore-eremuko materialaren lodiera murrizten bada serieko erresistentzia murrizteko, siliziozko oblea meheegia eta hauskorregia izango da prozesatzeko. Materialaren erresistentzia murrizten bada, lehenengo eskakizunaren aurka egingo du. Hala ere, epitaxial teknologiaren garapenak arrakasta izan du zailtasun hau konpondu ahal izateko.
Irtenbidea: Hazi erresistentzia handiko geruza epitaxial bat erresistentzia oso baxuko substratu batean, eta egin gailua geruza epitaxialean. Erresistentzia handiko geruza epitaxial honek hodiak haustura-tentsio handia izatea bermatzen du, eta erresistentzia baxuko substratuak substratuaren erresistentzia ere murrizten du, horrela saturazio-tentsioaren jaitsiera murriztuz, eta horrela bien arteko kontraesana konponduz.
Horrez gain, GaAs-en eta beste III-V, II-VI eta beste konposatu molekular erdieroaleen lurrun-faseko epitaxia eta fase likidoko epitaxia bezalako epitaxia-teknologiak ere asko garatu dira eta mikrouhin-gailu gehienen, gailu optoelektronikoen eta potentzia-iturrien oinarri bihurtu dira. Ezinbesteko prozesu-teknologia da gailuak ekoizteko, batez ere habe molekularren eta metal-organikoen lurrun-faseko epitaxia-teknologiaren aplikazio arrakastatsua geruza meheetan, supersareetan, putzu kuantikoetan, tentsio-supersareetan eta maila atomikoko geruza meheko epitaxian, erdieroaleen ikerketan urrats berri bat dena. "Energia-gerrikoen ingeniaritzaren" garapenak oinarri sendoa ezarri du arlo honetan.
Aplikazio praktikoetan, banda-tarte zabaleko erdieroale gailuak ia beti epitaxial geruzan egiten dira, eta silizio karburozko oblea bera substratu gisa baino ez da balio. Beraz, epitaxial geruzaren kontrola banda-tarte zabaleko erdieroaleen industriaren zati garrantzitsua da.
7 trebetasun nagusi epitaxia teknologian
1. Erresistentzia handiko (baxuko) geruza epitaxialak erresistentzia baxuko (handiko) substratuetan haz daitezke epitaxialki.
2. N (P) motako epitaxial geruza epitaxialki haz daiteke P (N) motako substratuan zuzenean PN lotura bat osatzeko. Ez dago konpentsazio arazorik difusio metodoa erabiltzean kristal bakarreko substratu batean PN lotura bat egiteko.
3. Maskara teknologiarekin konbinatuta, hazkunde epitaxial selektiboa egiten da izendatutako eremuetan, zirkuitu integratuak eta egitura bereziak dituzten gailuak ekoizteko baldintzak sortuz.
4. Dopaketaren mota eta kontzentrazioa beharren arabera alda daitezke epitaxial hazkuntza prozesuan zehar. Kontzentrazio aldaketa bat-batekoa edo aldaketa motela izan daiteke.
5. Konposatu heterogeneoak, geruza anitzekoak eta osagai anitzekoak eta osagai aldakorreko geruza ultrameheak haz ditzake.
6. Hazkunde epitaxiala materialaren urtze-puntua baino tenperatura baxuagoan egin daiteke, hazkunde-tasa kontrolagarria da eta maila atomikoko lodierako hazkunde epitaxiala lor daiteke.
7. Kristal bakarreko materialak haz ditzake, tira ezin daitezkeenak, hala nola GaN, hirugarren eta kuaternario konposatuen kristal bakarreko geruzak, etab.
Argitaratze data: 2024ko maiatzaren 13a