Az epitaxiális ostya elnevezés eredete
Először is, népszerűsítsünk egy rövid koncepciót: a szeletelőkészítés két fő kapcsolódási pontot foglal magában: az aljzat előkészítését és az epitaxiális eljárást. A szelet félvezető egykristályos anyagból készült szelet. A szelet közvetlenül bekerülhet a szeletgyártási folyamatba félvezető eszközök előállításához, vagy epitaxiális eljárásokkal feldolgozható epitaxiális szeletek előállításához. Az epitaxia egy új egykristályréteg növesztésének folyamatát egy olyan egykristályos szeletre, amelyet gondosan megmunkáltak vágással, csiszolással, polírozással stb. Az új egykristály lehet ugyanabból az anyagból, mint a szelet, vagy lehet más anyagból (homogén) (epitaxia vagy heteroepitaxia). Mivel az új egykristályos réteg a szubsztrát kristályfázisának megfelelően nyúlik és növekszik, epitaxiális rétegnek nevezik (a vastagság általában néhány mikron, például a szilíciumot véve alapul: a szilícium epitaxiális növekedésének jelentése egy bizonyos kristályorientációjú szilícium egykristályos szubsztráton van. Egy jó rácsszerkezeti integritással és eltérő ellenállással és vastagságú kristályréteget növesztenek, amelynek kristályorientációja megegyezik a szubsztrátéval), és az epitaxiális réteggel ellátott szubsztrátot epitaxiális lapkának nevezik (epitaxiális lapka = epitaxiális réteg + szubsztrát). Amikor az eszközt az epitaxiális rétegen készítik, azt pozitív epitaxiának nevezik. Ha az eszközt a szubsztráton készítik, azt fordított epitaxiának nevezik. Ekkor az epitaxiális réteg csak tartó szerepet játszik.
Csiszolt ostya
Epitaxiális növekedési módszerek
Molekulasugaras epitaxia (MBE): Ez egy félvezető epitaxiális növekedési technológia, amelyet ultramagas vákuum körülmények között végeznek. Ebben a technikában az alapanyagot atomok vagy molekulák nyalábja formájában elpárologtatják, majd egy kristályos hordozóra helyezik. Az MBE egy nagyon precíz és szabályozható félvezető vékonyréteg-növekedési technológia, amely atomi szinten képes pontosan szabályozni a lerakódott anyag vastagságát.
Fémorganikus CVD (MOCVD): Az MOCVD eljárás során a szükséges elemeket tartalmazó szerves fémet és N₂-hidrid gázt megfelelő hőmérsékleten a hordozóra juttatják, kémiai reakción mennek keresztül a kívánt félvezető anyag előállításához, majd lerakódnak a hordozóra, miközben a fennmaradó vegyületek és reakciótermékek kisülnek.
Gőzfázisú epitaxia (VPE): A gőzfázisú epitaxia egy fontos technológia, amelyet gyakran használnak a félvezető eszközök gyártásában. Az alapelv az elemi anyagok vagy vegyületek gőzének vivőgázban történő szállítása, és a kristályok kémiai reakciókon keresztüli lerakódása az aljzatra.
Milyen problémákat old meg az epitaxia eljárás?
A különféle félvezető eszközök gyártásának növekvő igényeit csak a tömeges egykristályos anyagok nem tudják kielégíteni. Ezért 1959 végén kifejlesztették az epitaxiális növekedést, egy vékonyrétegű egykristályos anyagnövesztő technológiát. Milyen konkrét hozzájárulása van tehát az epitaxiális technológiának az anyagok fejlődéséhez?
A szilícium esetében a szilícium epitaxiális növekedési technológiájának kezdetekor valóban nehéz időszak következett a szilícium nagyfrekvenciás és nagy teljesítményű tranzisztorok gyártása szempontjából. A tranzisztor-elvek szempontjából a nagy frekvencia és a nagy teljesítmény eléréséhez a kollektorterület letörési feszültségének magasnak és a soros ellenállásnak kicsinek kell lennie, azaz a telítési feszültségesésnek kicsinek kell lennie. Az előbbi megköveteli, hogy a gyűjtőterületen lévő anyag ellenállása magas legyen, míg az utóbbi megköveteli, hogy a gyűjtőterületen lévő anyag ellenállása alacsony legyen. A két feltétel ellentmondásban áll egymással. Ha a kollektorterületen lévő anyag vastagságát csökkentik a soros ellenállás csökkentése érdekében, a szilíciumlap túl vékony és törékeny lesz a feldolgozáshoz. Ha az anyag ellenállása csökken, az ellentmond az első követelménynek. Az epitaxiális technológia fejlesztése azonban sikeresen megoldotta ezt a nehézséget.
Megoldás: Egy rendkívül alacsony ellenállású hordozóra nagy ellenállású epitaxiális réteget növeszteni, és az eszközt az epitaxiális rétegen elkészíteni. Ez a nagy ellenállású epitaxiális réteg biztosítja, hogy a cső magas átütési feszültséggel rendelkezzen, míg az alacsony ellenállású hordozó csökkenti a hordozó ellenállását, ezáltal csökkentve a telítési feszültségesést, és feloldva a kettő közötti ellentmondást.
Ezenkívül az epitaxiális technológiák, mint például a GaAs és más III-V, II-VI és más molekuláris vegyület félvezető anyagok gőzfázisú epitaxiája és folyadékfázisú epitaxiája is jelentősen fejlődtek, és a legtöbb mikrohullámú eszköz, optoelektronikai eszköz és teljesítményalapú eszköz alapjává váltak. Ez egy nélkülözhetetlen folyamattechnológia az eszközök gyártásához, különösen a molekulasugaras és fémorganikus gőzfázisú epitaxiális technológia sikeres alkalmazása vékonyrétegekben, szuperrácsokban, kvantumkutakban, feszített szuperrácsokban és atomi szintű vékonyréteg-epitaxiában, ami új lépés a félvezető-kutatásban. Az „energiaöv-mérnöki munka” fejlődése ezen a területen szilárd alapot teremtett.
A gyakorlati alkalmazásokban a széles tiltott sávú félvezető eszközöket szinte mindig az epitaxiális rétegen készítik, és maga a szilícium-karbid lapka csak hordozóként szolgál. Ezért az epitaxiális réteg szabályozása fontos része a széles tiltott sávú félvezető iparnak.
7 főbb készség az epitaxia technológiában
1. Nagy (alacsony) ellenállású epitaxiális rétegek epitaxiálisan növeszthetők alacsony (nagy) ellenállású hordozókon.
2. Az N(P) típusú epitaxiális réteg epitaxiálisan növeszthető a P(N) típusú hordozóra, így közvetlenül PN-átmenetet lehet létrehozni. Nincs kompenzációs probléma, ha diffúziós módszerrel PN-átmenetet hoznak létre egykristályos hordozón.
3. Maszktechnológiával kombinálva kijelölt területeken szelektív epitaxiális növekedést végeznek, megteremtve a feltételeket integrált áramkörök és speciális szerkezetű eszközök gyártásához.
4. Az epitaxiális növekedési folyamat során az adalékolás típusa és koncentrációja az igényeknek megfelelően változtatható. A koncentrációváltozás lehet hirtelen vagy lassú.
5. Heterogén, többrétegű, többkomponensű vegyületek és változó komponensű ultravékony rétegek növesztésére alkalmas.
6. Az epitaxiális növekedés az anyag olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten végezhető, a növekedési sebesség szabályozható, és atomi szintű vastagságú epitaxiális növekedés érhető el.
7. Olyan egykristályos anyagokat tud növeszteni, amelyeket nem lehet húzni, például GaN-t, tercier és kvaterner vegyületek egykristályos rétegeit stb.
Közzététel ideje: 2024. május 13.