Kepiye lapisan epitaksial mbantu piranti semikonduktor?

Asal-usul jeneng wafer epitaksial

Kapisan, ayo dipopulerake konsep cilik: persiapan wafer kalebu rong pranala utama: persiapan substrat lan proses epitaksial. Substrat kasebut minangka wafer sing digawe saka bahan kristal tunggal semikonduktor. Substrat kasebut bisa langsung mlebu proses manufaktur wafer kanggo ngasilake piranti semikonduktor, utawa bisa diproses kanthi proses epitaksial kanggo ngasilake wafer epitaksial. Epitaksi nuduhake proses tuwuh lapisan kristal tunggal anyar ing substrat kristal tunggal sing wis diproses kanthi ati-ati kanthi ngethok, nggiling, poles, lan liya-liyane. Kristal tunggal anyar bisa dadi bahan sing padha karo substrat, utawa bisa dadi bahan sing beda (homogen) epitaksi utawa heteroepitaksi. Amarga lapisan kristal tunggal anyar ngembang lan tuwuh miturut fase kristal substrat, diarani lapisan epitaksial (kekandelane biasane sawetara mikron, njupuk silikon minangka conto: tegese tuwuh epitaksial silikon ana ing substrat kristal tunggal silikon kanthi orientasi kristal tartamtu. Lapisan kristal kanthi integritas struktur kisi sing apik lan resistivitas lan kekandelan sing beda kanthi orientasi kristal sing padha karo substrat sing ditumbuhake), lan substrat kanthi lapisan epitaksial diarani wafer epitaksial (wafer epitaksial = lapisan epitaksial + substrat). Nalika piranti digawe ing lapisan epitaksial, diarani epitaksi positif. Yen piranti digawe ing substrat, diarani epitaksi terbalik. Ing wektu iki, lapisan epitaksial mung nduweni peran pendukung.

Wafer sing dipoles

Metode pertumbuhan epitaksial

Epitaksi sinar molekul (MBE): Iki minangka teknologi pertumbuhan epitaksial semikonduktor sing ditindakake ing kahanan vakum ultra-dhuwur. Ing teknik iki, bahan sumber diuapke ing wangun sinar atom utawa molekul banjur diendapke ing substrat kristal. MBE minangka teknologi pertumbuhan film tipis semikonduktor sing presisi lan bisa dikontrol sing bisa ngontrol kanthi tepat kekandelan bahan sing diendapke ing tingkat atom.
CVD organik logam (MOCVD): Ing proses MOCVD, logam organik lan gas hidrida N2 sing ngemot unsur sing dibutuhake disedhiyakake menyang substrat ing suhu sing cocog, ngalami reaksi kimia kanggo ngasilake bahan semikonduktor sing dibutuhake, lan diendapkan ing substrat, dene senyawa lan produk reaksi sing isih ana dibuwang.
Epitaksis fase uap (VPE): Epitaksis fase uap minangka teknologi penting sing umum digunakake ing produksi piranti semikonduktor. Prinsip dhasare yaiku ngeterake uap zat utawa senyawa unsur ing gas pembawa, lan nyimpen kristal ing substrat liwat reaksi kimia.

Masalah apa sing bisa diatasi dening proses epitaksi?

Mung bahan kristal tunggal sing akeh sing ora bisa nyukupi kabutuhan manufaktur macem-macem piranti semikonduktor sing saya tambah. Mulane, pertumbuhan epitaksial, teknologi pertumbuhan bahan kristal tunggal lapisan tipis, dikembangake ing pungkasan taun 1959. Dadi apa kontribusi khusus teknologi epitaksi kanggo kemajuan bahan?

Kanggo silikon, nalika teknologi pertumbuhan epitaksial silikon diwiwiti, iki pancen wektu sing angel kanggo produksi transistor frekuensi dhuwur lan daya dhuwur silikon. Saka perspektif prinsip transistor, kanggo entuk frekuensi dhuwur lan daya dhuwur, voltase breakdown area kolektor kudu dhuwur lan resistensi seri kudu cilik, yaiku, penurunan voltase saturasi kudu cilik. Sing pertama mbutuhake resistivitas materi ing area pengumpul kudu dhuwur, dene sing terakhir mbutuhake resistivitas materi ing area pengumpul kudu kurang. Loro provinsi kasebut kontradiksi siji lan sijine. Yen kekandelan materi ing area kolektor dikurangi kanggo nyuda resistensi seri, wafer silikon bakal tipis banget lan rapuh kanggo diproses. Yen resistivitas materi dikurangi, bakal bertentangan karo syarat sing pertama. Nanging, pangembangan teknologi epitaksial wis sukses. ngatasi kesulitan iki.

Solusi: Tuwuhake lapisan epitaksial kanthi resistensi dhuwur ing substrat kanthi resistensi sing sithik banget, lan gawe piranti ing lapisan epitaksial. Lapisan epitaksial kanthi resistensi dhuwur iki njamin tabung kasebut duwe voltase breakdown sing dhuwur, dene substrat kanthi resistensi sing sithik uga nyuda resistensi substrat, saengga nyuda penurunan voltase saturasi, saengga ngrampungake kontradiksi antarane loro kasebut.

Kajaba iku, teknologi epitaksi kaya ta epitaksi fase uap lan epitaksi fase cair saka GaAs lan bahan semikonduktor senyawa molekul III-V, II-VI lan liyane uga wis dikembangake kanthi apik lan wis dadi dhasar kanggo umume piranti gelombang mikro, piranti optoelektronik, daya. Iki minangka teknologi proses sing ora bisa dipisahake kanggo produksi piranti, utamane aplikasi sing sukses saka teknologi epitaksi fase uap organik lan sinar molekul ing lapisan tipis, superkisi, sumur kuantum, superkisi tegang, lan epitaksi lapisan tipis tingkat atom, sing minangka langkah anyar ing riset semikonduktor. Pangembangan "rekayasa sabuk energi" ing lapangan iki wis nggawe pondasi sing kuwat.

Ing aplikasi praktis, piranti semikonduktor celah pita amba meh mesthi digawe ing lapisan epitaksial, lan wafer silikon karbida dhewe mung dadi substrat. Mulane, kontrol lapisan epitaksial minangka bagean penting saka industri semikonduktor celah pita amba.

7 katrampilan utama ing teknologi epitaksi

1. Lapisan epitaksial kanthi resistensi dhuwur (endhek) bisa ditumbuhake kanthi epitaksial ing substrat kanthi resistensi endhek (dhuwur).
2. Lapisan epitaksial tipe N (P) bisa ditumbuhake sacara epitaksial ing substrat tipe P (N) kanggo mbentuk sambungan PN kanthi langsung. Ora ana masalah kompensasi nalika nggunakake metode difusi kanggo nggawe sambungan PN ing substrat kristal tunggal.
3. Digabungake karo teknologi topeng, pertumbuhan epitaksial selektif ditindakake ing area sing wis ditemtokake, nggawe kahanan kanggo produksi sirkuit terpadu lan piranti kanthi struktur khusus.
4. Jinis lan konsentrasi doping bisa diganti miturut kabutuhan sajrone proses pertumbuhan epitaksial. Owah-owahan konsentrasi bisa awujud owah-owahan dadakan utawa owah-owahan alon.
5. Bisa nuwuhake senyawa heterogen, berlapis-lapis, multi-komponen, lan lapisan ultra-tipis kanthi komponen sing variabel.
6. Pertumbuhan epitaksial bisa ditindakake ing suhu sing luwih murah tinimbang titik leleh materi, tingkat pertumbuhan bisa dikontrol, lan pertumbuhan epitaksial kanthi kekandelan tingkat atom bisa digayuh.
7. Bisa nuwuhake bahan kristal tunggal sing ora bisa ditarik, kayata GaN, lapisan kristal tunggal senyawa tersier lan kuaterner, lan liya-liyane.