Ինչպե՞ս են էպիտաքսիալ շերտերը օգնում կիսահաղորդչային սարքերին։

Էպիտաքսիալ վաֆլի անվանման ծագումը

Նախ, եկեք տարածենք մի փոքրիկ հասկացություն. վաֆլիի պատրաստումը ներառում է երկու հիմնական օղակ՝ հիմքի պատրաստում և էպիտաքսիալ գործընթաց: Հիմքը կիսահաղորդչային միաբյուրեղային նյութից պատրաստված վաֆլի է: Հիմքը կարող է անմիջապես մտնել վաֆլիի արտադրության գործընթաց՝ կիսահաղորդչային սարքեր արտադրելու համար, կամ այն ​​կարող է մշակվել էպիտաքսիալ գործընթացներով՝ էպիտաքսիալ վաֆլի արտադրելու համար: Էպիտաքսիան վերաբերում է միաբյուրեղային նոր շերտ աճեցնելու գործընթացին միաբյուրեղային հիմքի վրա, որը մանրակրկիտ մշակվել է կտրելով, հղկելով, փայլեցնելով և այլն: Նոր միաբյուրեղը կարող է լինել նույն նյութից, ինչ հիմքը, կամ այն ​​կարող է լինել տարբեր նյութից (միատարր (էպիտաքսիալ կամ հետերոէպիտաքսիալ): Քանի որ նոր միաբյուրեղային շերտը ձգվում և աճում է հիմքի բյուրեղային փուլին համապատասխան, այն կոչվում է էպիտաքսիալ շերտ (հաստությունը սովորաբար մի քանի միկրոն է, օրինակ՝ սիլիցիումը. սիլիցիումի էպիտաքսիալ աճի իմաստը որոշակի բյուրեղային կողմնորոշում ունեցող սիլիցիումային միաբյուրեղային հիմքի վրա է: Բյուրեղային շերտ՝ լավ ցանցային կառուցվածքի ամբողջականությամբ և տարբեր դիմադրողականությամբ ու հաստությամբ, նույն բյուրեղային կողմնորոշմամբ, ինչ հիմքը աճեցվում է), և էպիտաքսիալ շերտով հիմքը կոչվում է էպիտաքսիալ վաֆլի (էպիտաքսիալ վաֆլի = էպիտաքսիալ շերտ + հիմք): Երբ սարքը պատրաստվում է էպիտաքսիալ շերտի վրա, դա կոչվում է դրական էպիտաքսիալ: Եթե սարքը պատրաստվում է հիմքի վրա, դա կոչվում է հակադարձ էպիտաքսիալ: Այս դեպքում էպիտաքսիալ շերտը խաղում է միայն օժանդակ դեր:

Փայլեցված վաֆլի

Էպիտաքսիալ աճի մեթոդներ

Մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիա (ՄՓԷ). Սա կիսահաղորդչային էպիտաքսիալ աճի տեխնոլոգիա է, որն իրականացվում է գերբարձր վակուումային պայմաններում: Այս տեխնիկայի դեպքում սկզբնանյութը գոլորշիանում է ատոմների կամ մոլեկուլների փնջի տեսքով, այնուհետև նստեցվում է բյուրեղային հիմքի վրա: ՄՓԷ-ն շատ ճշգրիտ և կառավարելի կիսահաղորդչային բարակ թաղանթի աճի տեխնոլոգիա է, որը կարող է ճշգրտորեն կառավարել նստեցված նյութի հաստությունը ատոմային մակարդակում:
Մետաղական օրգանական CVD (MOCVD). MOCVD գործընթացում օրգանական մետաղը և անհրաժեշտ տարրերը պարունակող հիդրիդային N գազը մատակարարվում են հիմքին համապատասխան ջերմաստիճանում, ենթարկվում են քիմիական ռեակցիայի՝ անհրաժեշտ կիսահաղորդչային նյութը ստանալու համար, և նստեցվում են հիմքի վրա, մինչդեռ մնացած միացությունները և ռեակցիայի արգասիքները արտանետվում են։
Գոլորշային փուլային էպիտաքսիա (ԳՓԷ). Գոլորշային փուլային էպիտաքսիան կարևոր տեխնոլոգիա է, որը լայնորեն կիրառվում է կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության մեջ: Հիմնական սկզբունքն է տարրական նյութերի կամ միացությունների գոլորշին տեղափոխել կրող գազի մեջ և բյուրեղներ նստեցնել հիմքի վրա քիմիական ռեակցիաների միջոցով:

Ի՞նչ խնդիրներ է լուծում էպիտաքսիայի գործընթացը։

Միայն զանգվածային միաբյուրեղային նյութերը չեն կարող բավարարել տարբեր կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության աճող կարիքները: Հետևաբար, էպիտաքսիալ աճեցումը, որը բարակ շերտով միաբյուրեղային նյութի աճեցման տեխնոլոգիա է, մշակվել է 1959 թվականի վերջին: Այսպիսով, ի՞նչ կոնկրետ ներդրում ունի էպիտաքսիալ տեխնոլոգիան նյութերի զարգացման գործում:

Սիլիցիումի համար, երբ սկսվեց սիլիցիումի էպիտաքսիալ աճի տեխնոլոգիան, դա իսկապես դժվար ժամանակներ էին սիլիցիումի բարձր հաճախականության և բարձր հզորության տրանզիստորների արտադրության համար: Տրանզիստորների սկզբունքների տեսանկյունից, բարձր հաճախականություն և բարձր հզորություն ստանալու համար, կոլեկտորի տարածքի խզման լարումը պետք է լինի բարձր, իսկ հաջորդական դիմադրությունը՝ փոքր, այսինքն՝ հագեցվածության լարման անկումը պետք է փոքր լինի: Առաջինը պահանջում է, որ հավաքող տարածքում նյութի դիմադրությունը բարձր լինի, մինչդեռ երկրորդը պահանջում է, որ հավաքող տարածքում նյութի դիմադրությունը ցածր լինի: Երկու տարածքները հակասական են միմյանց: Եթե կոլեկտորի տարածքում նյութի հաստությունը նվազեցվի՝ հաջորդական դիմադրությունը նվազեցնելու համար, սիլիցիումային թիթեղը չափազանց բարակ և փխրուն կլինի մշակման համար: Եթե նյութի դիմադրությունը նվազեցվի, դա կհակասի առաջին պահանջին: Այնուամենայնիվ, էպիտաքսիալ տեխնոլոգիայի զարգացումը հաջող է եղել: Այս խնդիրը լուծվել է:

Լուծում. Բարձր դիմադրություն ունեցող էպիտաքսիալ շերտ աճեցնել չափազանց ցածր դիմադրություն ունեցող հիմքի վրա և սարքը պատրաստել էպիտաքսիալ շերտի վրա: Այս բարձր դիմադրություն ունեցող էպիտաքսիալ շերտը ապահովում է, որ խողովակն ունենա բարձր ճեղքման լարում, մինչդեռ ցածր դիմադրություն ունեցող հիմքը նաև նվազեցնում է հիմքի դիմադրությունը, դրանով իսկ նվազեցնելով հագեցվածության լարման անկումը, այդպիսով լուծելով երկուսի միջև եղած հակասությունը:

Բացի այդ, էպիտաքսիայի տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են GaAs-ի և այլ III-V, II-VI և այլ մոլեկուլային բարդ կիսահաղորդչային նյութերի գոլորշու փուլի էպիտաքսիան և հեղուկ փուլի էպիտաքսիան, նույնպես մեծապես զարգացել են և դարձել են միկրոալիքային սարքերի, օպտոէլեկտրոնային սարքերի, էներգիայի մեծ մասի հիմքը: Այն անփոխարինելի գործընթացային տեխնոլոգիա է սարքերի արտադրության համար, մասնավորապես՝ մոլեկուլային ճառագայթային և մետաղական օրգանական գոլորշու փուլի էպիտաքսիայի տեխնոլոգիայի հաջող կիրառումը բարակ շերտերում, գերցանցերում, քվանտային հորերում, լարված գերցանցերում և ատոմային մակարդակի բարակ շերտային էպիտաքսիայում, որը նոր քայլ է կիսահաղորդչային հետազոտություններում: «Էներգետիկ գոտիների ճարտարագիտության» զարգացումը այս ոլորտում ամուր հիմք է դրել:

Գործնական կիրառություններում լայն գոտիական բացվածքով կիսահաղորդչային սարքերը գրեթե միշտ պատրաստվում են էպիտաքսիալ շերտի վրա, իսկ սիլիցիումի կարբիդային թիթեղն ինքնին ծառայում է միայն որպես հիմք։ Հետևաբար, էպիտաքսիալ շերտի կառավարումը լայն գոտիական բացվածքով կիսահաղորդչային արդյունաբերության կարևոր մասն է կազմում։

Էպիտաքսիայի տեխնոլոգիայի 7 հիմնական հմտություններ

1. Բարձր (ցածր) դիմադրության էպիտաքսիալ շերտերը կարող են էպիտաքսիալ աճեցվել ցածր (բարձր) դիմադրության հիմքերի վրա։
2. N (P) տիպի էպիտաքսիալ շերտը կարող է էպիտաքսիալ աճեցվել P (N) տիպի հիմքի վրա՝ անմիջապես PN միացում առաջացնելու համար: Միաբյուրեղային հիմքի վրա PN միացում ստանալու համար դիֆուզիոն մեթոդն օգտագործելիս փոխհատուցման խնդիր չկա:
3. Դիմակի տեխնոլոգիայի հետ համատեղ, ընտրովի էպիտաքսիալ աճը կատարվում է նշանակված տարածքներում՝ ստեղծելով պայմաններ ինտեգրալ սխեմաների և հատուկ կառուցվածքներով սարքերի արտադրության համար։
4. Խառնուրդի տեսակը և կոնցենտրացիան կարող են փոփոխվել էպիտաքսիալ աճի գործընթացի ընթացքում՝ ըստ կարիքների: Կոնցենտրացիայի փոփոխությունը կարող է լինել հանկարծակի կամ դանդաղ:
5. Այն կարող է աճեցնել տարասեռ, բազմաշերտ, բազմաբաղադրիչ միացություններ և փոփոխական բաղադրիչներով գերբարակ շերտեր։
6. Էպիտաքսիալ աճը կարող է իրականացվել նյութի հալման կետից ցածր ջերմաստիճանում, աճի տեմպը կառավարելի է, և կարելի է հասնել ատոմային մակարդակի հաստության էպիտաքսիալ աճի։
7. Այն կարող է աճեցնել միաբյուրեղային նյութեր, որոնք չեն կարող քաշվել, ինչպիսիք են GaN-ը, երրորդային և քառորդային միացությունների միաբյուրեղային շերտերը և այլն: