Quomodo strata epitaxialia instrumentis semiconductoribus prosunt?

Origo nominis "placcae epitaxialis"

Primum, parvam notionem vulgamus: praeparatio laminarum duo nexus praecipuos includit: praeparationem substrati et processum epitaxialem. Substratum est lamina ex materia semiconductrice monocrystallina facta. Substratum directe in processum fabricationis laminarum ingredi potest ad machinas semiconductrices producendas, vel per processus epitaxiales tractari potest ad laminas epitaxiales producendas. Epitaxia ad processum crescendi novi strati monocrystalli in substrato monocrystallino, quod diligenter per sectionem, trituram, polituram, etc. tractatum est, refertur. Novum monocrystallum ex eadem materia ac substratum esse potest, vel ex materia diversa (homogenea) (epitaxialia vel heteroepitaxia). Quia novum stratum monocrystallinum secundum phasim crystallinam substrati extenditur et crescit, stratum epitaxiale appellatur (crassitudo plerumque paucarum micronum est, exempli gratia silicii: significatio accretionis epitaxialis silicii est in substrato monocrystallino silicii cum certa orientatione crystallina. Stratum crystallinum cum bona integritate structurae reticuli et diversa resistentia et crassitudine cum eadem orientatione crystallina ac substratum crescit), et substratum cum strato epitaxiali lamella epitaxialis appellatur (lamella epitaxialis = stratum epitaxialis + substratum). Cum instrumentum in strato epitaxiali fit, epitaxia positiva appellatur. Si instrumentum in substrato fit, epitaxia inversa appellatur. Hoc tempore, stratum epitaxiale tantum munus adiuvans agit.

Oblata polita

Methodi accretionis epitaxialis

Epitaxia fasciculi molecularis (MBE): Haec est technologia accretionis epitaxialis semiconductorum sub condicionibus vacui altissimi peracta. Hac technica, materia prima in forma fasciculi atomorum vel molecularum evaporatur et deinde in substrato crystallino deponitur. MBE est technologia accretionis pelliculae tenuis semiconductorum valde praecisa et controllabilis quae crassitudinem materiae depositae in gradu atomico accurate moderari potest.
Depositionis vaporum metallo-organicorum (MOCVD): In processu MOCVD, metallum organicum et gas hydridum N₂, elementa necessaria continentes, ad substratum temperatura apta suppeditatur, reactionem chemicam subeunt ad materiam semiconductorem requisitam generandam, et in substrato deponuntur, dum reliqui compositi et producta reactionis exonerantur.
Epitaxia phasis vaporis (VPE): Epitaxia phasis vaporis est technologia magni momenti, quae vulgo in productione instrumentorum semiconductorum adhibetur. Principium fundamentale est vaporem substantiarum elementalium vel compositorum in gas vectore transportare, et crystallos in substrato per reactiones chemicas deponere.

Quas difficultates processus epitaxiae solvit?

Solae materiae monocrystallinae in massa necessitatibus crescentibus fabricandi varia instrumenta semiconducentia satisfacere non possunt. Ergo, technologia accretionis materiae monocrystallinae in tenui strato, fine anni 1959 elaborata est. Quid igitur contributionem specificam technologiae epitaxiae ad progressionem materiarum habet?

Cum technologia accretionis epitaxialis silicii incepit, tempus vere difficile erat productioni transistorum silicii altae frequentiae et magnae potentiae. Ex prospectu principiorum transistoris, ut alta frequentia et magna potentia obtineantur, tensio disruptionis areae collectoris alta esse debet et resistentia seriei parva, id est, casus tensionis saturationis parvus. Illa requirit ut resistentia materiae in area collectoris alta sit, haec autem requirit ut resistentia materiae in area collectoris humilis sit. Hae duae provinciae inter se repugnant. Si crassitudo materiae in area collectoris minuitur ut resistentia seriei minuatur, crustula silicii nimis tenuis et fragilis erit ad tractandum. Si resistentia materiae minuitur, priori requisito contradicetur. Attamen, progressus technologiae epitaxialis hanc difficultatem feliciter solvit.

Solutio: Stratum epitaxiale altae resistentiae in substrato resistentiae infimae cresce, et instrumentum in strato epitaxiali construe. Hoc stratum epitaxiale altae resistentiae efficit ut tubus tensionem disruptionis altam habeat, dum substratum resistentiae infimae etiam resistentiam substrati minuit, ita casum tensionis saturationis minuendo, ita contradictionem inter utrumque solvens.

Praeterea, technologiae epitaxiae, ut epitaxia vaporis phasis et epitaxia liquidi phasis GaAs aliarumque materiarum semiconductorum molecularium III-V, II-VI, etiam magnopere evolutae sunt et fundamentum plurimorum instrumentorum micro-undarum, instrumentorum optoelectronicorum, et potentiae factae sunt. Haec technologia processus indispensabilis est ad productionem instrumentorum, praesertim usus prosperus technologiae epitaxiae fasciculi molecularis et vaporis metallo-organici phasis in stratis tenuibus, superreticulis, puteis quanticis, superreticulis tensionatis, et epitaxia tenuis strati atomici, quae novum gradum in investigatione semiconductorum constituit. Progressus "ingeniariae zonae energiae" in hoc campo fundamentum solidum iecit.

In applicationibus practicis, instrumenta semiconducentia latae bandae hiatus fere semper in strato epitaxiali fiunt, et ipsa lamella carburi silicii tantummodo substratum fungitur. Ergo, moderatio strati epitaxialis pars magni momenti est industriae semiconducentiarum latae bandae hiatus.

Septem artes praecipuae in technologia epitaxiae

1. Strata epitaxialia altae (humilis) resistentiae in substratis humilis (altae) resistentiae epitaxialiter crescere possunt.
2. Stratum epitaxiale generis N(P) epitaxialiter in substrato generis P(N) crescere potest ad iuncturam PN directe formandam. Nulla difficultas compensationis est cum methodus diffusionis ad iuncturam PN in substrato crystallino singulari faciendam adhibetur.
3. Cum technologia personarum coniuncta, incrementum epitaxiale selectivum in locis designatis perficitur, condiciones creans ad productionem circuituum integratorum et instrumentorum cum structuris specialibus.
4. Genus et concentratio dopandi secundum necessitates mutari possunt per processum accretionis epitaxialis. Mutatio concentrationis potest esse subita mutatio vel mutatio lenta.
5. Composita heterogenea, multistrata, multicomponentia et strata tenuissima cum componentibus variabilibus crescere potest.
6. Incrementum epitaxiale fieri potest temperatura inferiore puncto liquefactionis materiae, celeritas incrementi est moderabilis, et incrementum epitaxiale crassitudinis gradus atomici obtineri potest.
7. Materias monocrystallinas, quae extrahi non possunt, crescere potest, ut GaN, strata monocrystallina compositorum tertiariorum et quaternariorum, et cetera.