Qatên epitaksiyal çawa alîkariya cîhazên nîvconductor dikin?

Eslê navê wafera epitaxial

Pêşî, em têgeheke biçûk belav bikin: amadekirina waferê du girêdanên sereke dihewîne: amadekirina substratê û pêvajoya epîtaksîyal. Substrat waferek e ku ji materyalê krîstala yekane ya nîvconductor hatiye çêkirin. Substrat dikare rasterast bikeve pêvajoya çêkirina waferê da ku cîhazên nîvconductor hilberîne, an jî ew dikare bi pêvajoyên epîtaksîyal were pêvajokirin da ku waferên epîtaksîyal hilberîne. Epîtaksî behsa pêvajoya mezinbûna qatek nû ya krîstala yekane li ser substratek krîstala yekane dike ku bi baldarî bi birrîn, hûrkirin, cilkirin û hwd. hatiye pêvajokirin. Krîstala yekane ya nû dikare heman materyalê wekî substratê be, an jî ew dikare materyalek cûda be (homojen) epîtaksî an heteroepîtaksî). Ji ber ku qata krîstala yekane ya nû li gorî qonaxa krîstala substratê dirêj dibe û mezin dibe, jê re qata epîtaksîyal tê gotin (stûriya wê bi gelemperî çend mîkron e, mînaka silîkonê: wateya mezinbûna epîtaksîyal a silîkonê li ser substratek krîstala yekane ya silîkonê ye ku xwedî arasteyeke krîstal a diyarkirî ye. Qatek krîstal bi yekparebûna avahiya torê ya baş û berxwedan û stûriya cuda bi heman arasteya krîstalê ku substrat tê mezin kirin), û substrata bi qata epîtaksîyal re wafera epîtaksîyal tê gotin (wafera epîtaksîyal = qata epîtaksîyal + substrat). Dema ku cîhaz li ser qata epîtaksîyal tê çêkirin, jê re epîtaksîya erênî tê gotin. Ger cîhaz li ser substratê were çêkirin, jê re epîtaksîya berevajî tê gotin. Di vê demê de, qata epîtaksîyal tenê rolek piştgirî dilîze.

Wafera cilkirî

Rêbazên mezinbûna epîtaksîyal

Epîtaksîya tîrêjên molekulî (MBE): Ew teknolojiyeke mezinbûna epîtaksîyal a nîvconductor e ku di bin şert û mercên valahiyek pir bilind de tê kirin. Di vê teknîkê de, madeya çavkaniyê bi şiklê tîrêjek atom an molekulan tê buharkirin û dûv re li ser substratek krîstalî tê danîn. MBE teknolojiyeke mezinbûna fîlma zirav a nîvconductor a pir rast û kontrolkirî ye ku dikare qalindahiya madeya razandî di asta atomî de bi awayekî rast kontrol bike.
CVD ya Metalê Organîk (MOCVD): Di pêvajoya MOCVD de, gaza metalê organîk û hîdrîd N ku hêmanên pêwîst dihewîne di germahiyek guncaw de têne dayîn ser substratê, ji bo çêkirina materyalê nîvconductor ê pêwîst reaksiyonek kîmyewî derbas dikin, û li ser substratê têne danîn, di heman demê de pêkhateyên mayî û berhemên reaksiyonê têne berdan.
Epîtaksîya qonaxa buharê (VPE): Epîtaksîya qonaxa buharê teknolojiyeke girîng e ku bi gelemperî di hilberîna cîhazên nîvconductor de tê bikar anîn. Prensîba bingehîn ew e ku buhara madeyên an pêkhateyên hêmanî di gazeke hilgir de were veguhastin û krîstal bi rêya reaksiyonên kîmyewî li ser substratê werin danîn.

Pêvajoya epitaksî çi pirsgirêkan çareser dike?

Tenê materyalên krîstalên yekane yên girseyî nikarin pêdiviyên zêde yên çêkirina cîhazên nîvconductor ên cûrbecûr bicîh bînin. Ji ber vê yekê, mezinbûna epitaksiyal, teknolojiyek mezinbûna materyalên krîstalên yekane yên tenik, di dawiya sala 1959-an de hate pêşxistin. Ji ber vê yekê teknolojiya epitaksiyayê çi beşdariya taybetî di pêşkeftina materyalan de dike?

Ji bo silîkonê, dema ku teknolojiya mezinbûna epitaksiyal a silîkonê dest pê kir, ew bi rastî demek dijwar bû ji bo hilberîna tranzîstorên frekans û hêza bilind ên silîkonê. Ji perspektîfa prensîbên tranzîstorê ve, ji bo bidestxistina frekans û hêza bilind, divê voltaja hilweşîna qada koleksiyoner bilind be û berxwedana rêzefîlmê piçûk be, ango daketina voltaja têrbûnê piçûk be. Ya berê hewce dike ku berxwedana materyalê di qada berhevkirinê de bilind be, lê ya paşîn hewce dike ku berxwedana materyalê di qada berhevkirinê de nizm be. Her du parêzgeh bi hev re nakok in. Ger qalindahiya materyalê di qada koleksiyoner de were kêm kirin da ku berxwedana rêzefîlmê kêm bibe, wafera silîkonê dê pir zirav û nazik be ku were hilberandin. Ger berxwedana materyalê were kêm kirin, ew ê li dijî hewcedariya yekem be. Lêbelê, pêşkeftina teknolojiya epitaksiyal serketî bûye. vê dijwarîyê çareser kiriye.

Çareserî: Li ser substrateke bi berxwedana pir kêm, çîneke epîtaksîyal a bi berxwedaneke bilind mezin bikin, û cîhazê li ser çîna epîtaksîyal çêbikin. Ev çîna epîtaksîyal a bi berxwedaneke bilind piştrast dike ku lûle xwedî voltaja şikestinê ya bilind e, lê substrata bi berxwedana kêm berxwedana substratê jî kêm dike, bi vî awayî kêmbûna voltaja têrbûnê kêm dike, bi vî awayî nakokiya di navbera herduyan de çareser dike.

Herwiha, teknolojiyên epitaksiyê yên wekî epitaksiya qonaxa buharê û epitaksiya qonaxa şil a GaAs û materyalên nîvconductor ên pêkhateyên molekulî yên din ên III-V, II-VI û yên din jî pir pêş ketine û bûne bingeha piraniya cîhazên mîkropêlê, cîhazên optoelektronîk, hêzê. Ew teknolojiyek pêvajoyek neçar e ji bo hilberîna cîhazan, nemaze sepandina serketî ya teknolojiya epitaksiya qonaxa buhara tîrêjên molekulî û organîk a metalî di tebeqeyên tenik, superlatîçeyan, bîrên kuantumê, superlatîçên zextkirî, û epitaksiya tebeqeya tenik a asta atomî de, ku gavek nû ye di lêkolîna nîvconductor de. Pêşveçûna "endezyariya kembera enerjiyê" di qadê de bingehek zexm danî.

Di sepanên pratîkî de, cîhazên nîvconductor ên bi bandgap fireh hema hema her tim li ser qata epitaksiyal têne çêkirin, û wafera silicon carbide bi xwe tenê wekî substrat kar dike. Ji ber vê yekê, kontrola qata epitaksiyal beşek girîng a pîşesaziya nîvconductor a bandgap fireh e.

7 jêhatîyên sereke di teknolojiya epitaksiyê de

1. Qatên epitaksiyal ên berxwedana bilind (nizm) dikarin bi awayekî epitaksiyal li ser substratên berxwedana nizm (bilind) werin mezin kirin.
2. Qata epitaksiyal a celebê N (P) dikare bi awayekî epitaksiyal li ser substrata celebê P (N) were mezin kirin da ku rasterast girêdanek PN çêbike. Dema ku rêbaza belavbûnê tê bikar anîn da ku girêdanek PN li ser substratek krîstalek yekane çêbibe, pirsgirêkek tezmînatê tune.
3. Bi teknolojiya maskeyê re, mezinbûna epitaksiyal a bijartî li deverên diyarkirî tê kirin, û şert û merc ji bo hilberîna devreyên entegre û cîhazên bi avahiyên taybetî diafirîne.
4. Cure û rêjeya dopîngê di dema pêvajoya mezinbûna epitaksiyal de li gorî hewcedariyan dikare were guhertin. Guhertina rêjeya dopîngê dikare guherînek ji nişka ve an guherînek hêdî be.
5. Ew dikare pêkhateyên nehevseng, pir-qatî, pir-pêkhateyî û tebeqeyên ultra-tenik ên bi pêkhateyên guhêrbar mezin bike.
6. Mezinbûna epîtaksîyal dikare di germahiyek ji xala helandina materyalê kêmtir de were kirin, rêjeya mezinbûnê dikare were kontrol kirin, û mezinbûna epîtaksîyal a qalindahiya asta atomî dikare were bidestxistin.
7. Ew dikare materyalên krîstalên yekane yên ku nayên kişandin, wek GaN, tebeqeyên krîstalên yekane yên pêkhateyên sêyemîn û çaremîn, û hwd. mezin bike.