Podrijetlo naziva epitaksijalna pločica
Prvo, popularizirajmo mali koncept: priprema pločice uključuje dvije glavne karike: pripremu podloge i epitaksijalni proces. Podloga je pločica izrađena od poluvodičkog monokristalnog materijala. Podloga može izravno ući u proces proizvodnje pločice za proizvodnju poluvodičkih uređaja ili se može obraditi epitaksijalnim procesima za proizvodnju epitaksijalnih pločica. Epitaksija se odnosi na proces uzgoja novog sloja monokristala na monokristalnoj podlozi koja je pažljivo obrađena rezanjem, brušenjem, poliranjem itd. Novi monokristal može biti od istog materijala kao i podloga ili može biti od drugog materijala (homogena epitaksija ili heteroepitaksija). Budući da se novi sloj monokristala proteže i raste u skladu s kristalnom fazom podloge, naziva se epitaksijalni sloj (debljina je obično nekoliko mikrona, uzimajući silicij kao primjer: značenje epitaksijalnog rasta silicija je na silicijskoj monokristalnoj podlozi s određenom kristalnom orijentacijom. Sloj kristala s dobrom cjelovitošću rešetkaste strukture i različitim otporom i debljinom s istom kristalnom orijentacijom kao i podloga se uzgaja), a podloga s epitaksijalnim slojem naziva se epitaksijalna pločica (epitaksijalna pločica = epitaksijalni sloj + podloga). Kada je uređaj izrađen na epitaksijalnom sloju, to se naziva pozitivna epitaksija. Ako je uređaj izrađen na podlozi, to se naziva obrnuta epitaksija. U ovom slučaju, epitaksijalni sloj igra samo potpornu ulogu.
Polirani oblat
Epitaksijalne metode rasta
Molekularna epitaksija snopa (MBE): To je tehnologija epitaksijalnog rasta poluvodiča koja se izvodi u uvjetima ultravisokog vakuuma. U ovoj tehnici, izvorni materijal se isparava u obliku snopa atoma ili molekula, a zatim se taloži na kristalnu podlogu. MBE je vrlo precizna i kontrolirana tehnologija rasta tankog filma poluvodiča koja može precizno kontrolirati debljinu taloženog materijala na atomskoj razini.
Metalorganski CVD (MOCVD): U MOCVD procesu, organski metal i hidridni plin N2 koji sadrži potrebne elemente dovode se na podlogu na odgovarajućoj temperaturi, prolaze kroz kemijsku reakciju kako bi se stvorio potreban poluvodički materijal i talože se na podlogu, dok se preostali spojevi i produkti reakcije ispuštaju.
Epitaksija u parnoj fazi (VPE): Epitaksija u parnoj fazi važna je tehnologija koja se često koristi u proizvodnji poluvodičkih uređaja. Osnovni princip je transport pare elementarnih tvari ili spojeva u plinu nosaču i taloženje kristala na podlozi kemijskim reakcijama.
Koje probleme rješava proces epitaksije?
Samo monokristalni materijali u rasutom stanju ne mogu zadovoljiti rastuće potrebe proizvodnje raznih poluvodičkih uređaja. Stoga je krajem 1959. razvijen epitaksijalni rast, tehnologija rasta tankoslojnih monokristalnih materijala. Kakav specifičan doprinos epitaksija ima napretku materijala?
Za silicij, kada je započela tehnologija epitaksijalnog rasta silicija, to je bilo zaista teško vrijeme za proizvodnju silicijevih visokofrekventnih i visokosnažnih tranzistora. Iz perspektive principa tranzistora, da bi se postigla visoka frekvencija i velika snaga, probojni napon kolektorskog područja mora biti visok, a serijski otpor mora biti mali, odnosno pad napona zasićenja mora biti mali. Prvo zahtijeva da otpor materijala u kolektorskom području bude visok, dok drugo zahtijeva da otpor materijala u kolektorskom području bude nizak. Dva područja su međusobno kontradiktorna. Ako se debljina materijala u kolektorskom području smanji kako bi se smanjio serijski otpor, silicijska pločica bit će previše tanka i krhka za obradu. Ako se smanji otpor materijala, to će biti u suprotnosti s prvim zahtjevom. Međutim, razvoj epitaksijalne tehnologije uspješno je riješio ovu poteškoću.
Rješenje: Uzgojiti epitaksijalni sloj visokog otpora na podlozi izuzetno niskog otpora i izraditi uređaj na epitaksijalnom sloju. Ovaj epitaksijalni sloj visokog otpora osigurava da cijev ima visoki probojni napon, dok podloga niskog otpora također smanjuje otpor podloge, čime se smanjuje pad napona zasićenja, čime se rješava kontradikcija između ta dva.
Osim toga, tehnologije epitaksije poput epitaksije u parnoj fazi i epitaksije u tekućoj fazi GaAs-a i drugih III-V, II-VI i drugih molekularnih spojeva poluvodičkih materijala također su uvelike razvijene i postale su osnova za većinu mikrovalnih uređaja, optoelektroničkih uređaja, energetskih uređaja. To je nezamjenjiva procesna tehnologija za proizvodnju uređaja, posebno uspješna primjena tehnologije molekularnog snopa i epitaksije metalorganske parne faze u tankim slojevima, superrešetkama, kvantnim jamama, napregnutim superrešetkama i epitaksiji tankog sloja na atomskoj razini, što je novi korak u istraživanju poluvodiča. Razvoj „inženjerstva energetskog pojasa“ u ovom području postavio je čvrste temelje.
U praktičnim primjenama, poluvodički uređaji sa širokim energetskim razmakom gotovo se uvijek izrađuju na epitaksijalnom sloju, a sama silicijeva karbidna pločica služi samo kao podloga. Stoga je kontrola epitaksijalnog sloja važan dio industrije poluvodiča sa širokim energetskim razmakom.
7 glavnih vještina u tehnologiji epitaksije
1. Epitaksijalni slojevi visokog (niskog) otpora mogu se epitaksijalno uzgajati na podlogama niskog (visokog) otpora.
2. Epitaksijalni sloj tipa N (P) može se epitaksijalno uzgojiti na podlozi tipa P (N) kako bi se izravno formirao PN spoj. Nema problema s kompenzacijom kada se koristi difuzijska metoda za izradu PN spoja na monokristalnoj podlozi.
3. U kombinaciji s tehnologijom maski, selektivni epitaksijalni rast se izvodi u određenim područjima, stvarajući uvjete za proizvodnju integriranih krugova i uređaja sa posebnim strukturama.
4. Vrsta i koncentracija dopiranja mogu se mijenjati prema potrebama tijekom epitaksijalnog procesa rasta. Promjena koncentracije može biti nagla ili spora promjena.
5. Može uzgajati heterogene, višeslojne, višekomponentne spojeve i ultra tanke slojeve s varijabilnim komponentama.
6. Epitaksijalni rast može se izvesti na temperaturi nižoj od tališta materijala, brzina rasta je kontrolirana i može se postići epitaksijalni rast debljine na razini atoma.
7. Može uzgajati monokristalne materijale koji se ne mogu izvlačiti, kao što su GaN, monokristalni slojevi tercijarnih i kvaternarnih spojeva itd.
Vrijeme objave: 13. svibnja 2024.