Эпитаксиалдык вафли аталышынын келип чыгышы
Алгач, кичинекей бир түшүнүктү жайылталы: пластинаны даярдоо эки негизги байланышты камтыйт: субстратты даярдоо жана эпитаксиалдык процесс. Субстрат - бул жарым өткөргүч монокристалл материалынан жасалган пластина. Субстрат жарым өткөргүч түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн пластинаны өндүрүү процессине түздөн-түз кириши мүмкүн же эпитаксиалдык процесстер менен иштетилип, эпитаксиалдык пластиналарды өндүрүүгө болот. Эпитаксия - бул кесүү, майдалоо, жылтыратуу ж.б. аркылуу кылдаттык менен иштетилген монокристалл субстратында монокристалдын жаңы катмарын өстүрүү процесси. Жаңы монокристалл субстрат менен бир эле материал болушу мүмкүн же ал башка материал (бир тектүү) болушу мүмкүн (эпитаксиалдык же гетероэпитаксиалдык). Жаңы монокристаллдык катмар субстраттын кристаллдык фазасына жараша кеңейип жана өскөндүктөн, ал эпитаксиалдык катмар деп аталат (калыңдыгы адатта бир нече микронду түзөт, мисалы, кремнийди алсак: кремнийдин эпитаксиалдык өсүшүнүн мааниси белгилүү бир кристаллдык багыты бар кремний монокристаллдык субстратта. Жакшы торчо түзүлүшүнүн бүтүндүгүнө жана субстрат менен бирдей кристаллдык багыты бар ар кандай каршылыкка жана калыңдыкка ээ кристаллдын катмары өстүрүлөт), ал эми эпитаксиалдык катмары бар субстрат эпитаксиалдык пластина деп аталат (эпитаксиалдык пластина = эпитаксиалдык катмар + субстрат). Түзмөк эпитаксиалдык катмарда жасалганда, ал оң эпитаксиалдык деп аталат. Эгерде түзүлүш субстратта жасалган болсо, ал тескери эпитаксиалдык деп аталат. Бул учурда эпитаксиалдык катмар колдоочу гана ролду ойнойт.
Жылтыратылган вафли
Эпитаксиалдык өсүү ыкмалары
Молекулярдык нур эпитаксиясы (МБЭ): Бул өтө жогорку вакуум шарттарында аткарылган жарым өткөргүч эпитаксиалдык өстүрүү технологиясы. Бул ыкмада баштапкы материал атомдордун же молекулалардын нуру түрүндө бууланып, андан кийин кристаллдык субстратка чөктүрүлөт. МБЭ - бул атомдук деңгээлде чөктүрүлгөн материалдын калыңдыгын так көзөмөлдөй алган абдан так жана башкарылуучу жарым өткөргүч жука пленка өстүрүү технологиясы.
Металл-органикалык CVD (MOCVD): MOCVD процессинде органикалык металл жана керектүү элементтерди камтыган гидрид газы N газы тиешелүү температурада субстратка берилет, керектүү жарым өткөргүч материалды түзүү үчүн химиялык реакцияга кирет жана субстратка чөкмөлөнөт, ал эми калган кошулмалар жана реакция продуктулары чыгарылат.
Буу фазасынын эпитаксиясы (ВФЭ): Буу фазасынын эпитаксиясы жарым өткөргүч түзүлүштөрдү өндүрүүдө кеңири колдонулган маанилүү технология. Негизги принцип - элементардык заттардын же кошулмалардын буусун ташуучу газда ташуу жана химиялык реакциялар аркылуу субстратка кристаллдарды жайгаштыруу.
Эпитаксия процесси кандай көйгөйлөрдү чечет?
Ар кандай жарым өткөргүч түзүлүштөрдү өндүрүүнүн өсүп жаткан муктаждыктарын көлөмдүү монокристаллдык материалдар гана канааттандыра албайт. Ошондуктан, 1959-жылдын аягында жука катмарлуу монокристаллдык материалдарды өстүрүү технологиясы болгон эпитаксиалдык өсүү иштелип чыккан. Ошентип, эпитаксиалдык технологиянын материалдардын өнүгүшүнө кандай өзгөчө салымы бар?
Кремний үчүн, кремнийдин эпитаксиалдык өсүү технологиясы башталганда, кремнийдин жогорку жыштыктагы жана жогорку кубаттуулуктагы транзисторлорун өндүрүү чындыгында оор мезгил болгон. Транзистордук принциптердин көз карашынан алганда, жогорку жыштыктагы жана жогорку кубаттуулуктагы транзисторлорду алуу үчүн коллектор аймагынын бузулуу чыңалуусунун жогору болушу жана удаалаш каршылыгы аз болушу керек, башкача айтканда, каныккан чыңалуусунун төмөндөшү аз болушу керек. Биринчиси чогултуу аймагындагы материалдын каршылыгы жогору болушун талап кылса, экинчиси чогултуу аймагындагы материалдын каршылыгы төмөн болушун талап кылат. Эки провинция бири-бирине карама-каршы келет. Эгерде коллектор аймагындагы материалдын калыңдыгы удаалаш каршылыгын азайтуу үчүн азайтылса, кремний пластинасы иштетүү үчүн өтө жука жана морт болот. Эгерде материалдын каршылыгы азайса, ал биринчи талапка карама-каршы келет. Бирок, эпитаксиалдык технологиянын өнүгүшү ийгиликтүү болду. Бул кыйынчылык чечилди.
Чечим: Өтө төмөн каршылыктагы субстратка жогорку каршылыктагы эпитаксиалдык катмарды өстүрүп, аппаратты эпитаксиалдык катмарга жасаңыз. Бул жогорку каршылыктагы эпитаксиалдык катмар түтүктүн жогорку бузулуу чыңалуусуна ээ болушун камсыздайт, ал эми төмөнкү каршылыктагы субстрат ошондой эле субстраттын каршылыгын азайтып, ошону менен каныккандык чыңалуусунун төмөндөшүн азайтып, экөөнүн ортосундагы карама-каршылыкты чечет.
Мындан тышкары, GaAs жана башка III-V, II-VI жана башка молекулярдык кошулма жарым өткөргүч материалдарынын буу фазасынын эпитаксиясы жана суюк фазасынын эпитаксиясы сыяктуу эпитаксия технологиялары да кеңири өнүктүрүлүп, көпчүлүк микротолкундуу түзүлүштөрдүн, оптоэлектрондук түзүлүштөрдүн, электр энергиясынын негизи болуп калды. Бул түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн, айрыкча молекулярдык нур жана металл органикалык буу фазасынын эпитаксия технологиясын жука катмарларда, суперторчолордо, кванттык кудуктарда, чыңалган суперторчолордо жана атомдук деңгээлдеги жука катмарлуу эпитаксияда ийгиликтүү колдонуу жарым өткөргүчтөрдү изилдөөдөгү жаңы кадам болуп саналат. Бул тармакта "энергия кур инженериясынын" өнүгүшү бекем пайдубал түптөдү.
Практикалык колдонмолордо, кең тилкелүү жарым өткөргүч түзүлүштөр дээрлик ар дайым эпитаксиалдык катмарда жасалат, ал эми кремний карбиддик пластинасынын өзү субстрат катары гана кызмат кылат. Ошондуктан, эпитаксиалдык катмарды башкаруу кең тилкелүү жарым өткөргүч өнөр жайынын маанилүү бөлүгү болуп саналат.
Эпитаксия технологиясындагы 7 негизги көндүм
1. Жогорку (төмөн) каршылык көрсөтүүчү эпитаксиалдык катмарларды төмөнкү (жогорку) каршылык көрсөтүүчү субстраттарда эпитаксиалдык түрдө өстүрүүгө болот.
2. N (P) тибиндеги эпитаксиалдык катмарды P (N) тибиндеги субстратта эпитаксиалдык түрдө өстүрүп, PN өткөөлүн түз түзүүгө болот. Монокристалл субстратта PN өткөөлүн жасоо үчүн диффузия ыкмасын колдонгондо эч кандай компенсация көйгөйү болбойт.
3. Маска технологиясы менен айкалышып, тандалма эпитаксиалдык өстүрүү белгиленген аймактарда жүргүзүлөт, бул атайын түзүлүштөгү интегралдык микросхемаларды жана түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн шарттарды түзөт.
4. Допингдин түрү жана концентрациясы эпитаксиалдык өсүү процессинде муктаждыктарга жараша өзгөртүлүшү мүмкүн. Концентрациянын өзгөрүшү кескин же жай өзгөрүшү мүмкүн.
5. Ал гетерогендик, көп катмарлуу, көп компоненттүү кошулмаларды жана өзгөрүлмө компоненттери бар өтө жука катмарларды өстүрө алат.
6. Эпитаксиалдык өсүү материалдын эрүү температурасынан төмөн температурада жүргүзүлүшү мүмкүн, өсүү ылдамдыгы башкарылуучу жана атомдук деңгээлдеги калыңдыктагы эпитаксиалдык өсүүгө жетишүүгө болот.
7. Ал GaN сыяктуу тартылбай турган монокристаллдык материалдарды, үчүнчү жана төртүнчү кошулмалардын монокристаллдык катмарларын ж.б. өстүрө алат.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 13-майы