Wéi hëllefen epitaktesch Schichten Hallefleederkomponenten?

Den Urspronk vum Numm epitaktische Wafer

Loosst eis als éischt e klengt Konzept populariséieren: Wafervirbereedung ëmfaasst zwou Haaptverbindungen: Substratvirbereedung an epitaktesch Prozesser. De Substrat ass e Wafer aus Hallefleeder-Eenkristallmaterial. De Substrat kann direkt an de Wafer-Fabrikatiounsprozess agoen, fir Hallefleederkomponenten ze produzéieren, oder et kann duerch epitaktesch Prozesser veraarbecht ginn, fir epitaktesch Waferen ze produzéieren. Epitaxie bezitt sech op de Prozess, wou eng nei Schicht vun Eenzelkristall op engem Eenzelkristallsubstrat wuessen, dat virsiichteg duerch Schneiden, Schleifen, Poléieren, etc. veraarbecht gouf. Den neien Eenzelkristall kann aus dem selwechte Material wéi de Substrat sinn, oder et kann aus engem anere Material (homogen) sinn (Epitaxie oder Heteroepitaxie). Well déi nei Eenzelkristallschicht sech no der Kristallphase vum Substrat ausdehnt a wiisst, gëtt se epitaktesch Schicht genannt (d'Déckt ass normalerweis e puer Mikrometer, zum Beispill Silizium: d'Bedeitung vum Silizium-Epitaxialwuesstum ass op engem Silizium-Eenzelkristallsubstrat mat enger bestëmmter Kristallorientéierung. Eng Kristallschicht mat enger gudder Gitterstrukturintegritéit an engem ënnerschiddleche Widderstand an Déckt mat der selwechter Kristallorientéierung wéi de Substrat gëtt gewuess), an de Substrat mat der epitaktischer Schicht gëtt epitaktesch Wafer genannt (epitaxial Wafer = epitaktesch Schicht + Substrat). Wann den Apparat op der epitaktischer Schicht gemaach gëtt, gëtt dat positiv Epitaxie genannt. Wann den Apparat op dem Substrat gemaach gëtt, gëtt dat ëmgedréint Epitaxie genannt. Zu dësem Zäitpunkt spillt d'epitaxiell Schicht nëmmen eng ënnerstëtzend Roll.

Poléiert Wafer

Epitaktesch Wuessmethoden

Molekularstrahlepitaxie (MBE): Et ass eng Technologie fir epitaktesch Wuesstumsprozesser am Hallefleederberäich, déi ënner ultrahéijen Vakuumbedingungen duerchgefouert gëtt. Bei dëser Technik gëtt d'Quellmaterial a Form vun engem Stral vun Atomer oder Molekülen verdampft an dann op engem kristalline Substrat ofgesat. MBE ass eng ganz präzis an kontrolléierbar Hallefleeder-Dënnschicht-Wuesstumstechnologie, déi d'Dicke vum ofgesate Material op atomaren Niveau präzis kontrolléiere kann.
Metallorganesche CVD (MOCVD): Am MOCVD-Prozess ginn organescht Metall an Hydridgas N2-Gas, déi déi néideg Elementer enthalen, bei enger entspriechender Temperatur op de Substrat geliwwert, ënnerleien enger chemescher Reaktioun fir dat néidegt Hallefleitermaterial ze generéieren, an ginn op de Substrat ofgesat, während déi verbleiwen Verbindungen a Reaktiounsprodukter ofgeleet ginn.
Dampphase-Epitaxie (VPE): Dampphase-Epitaxie ass eng wichteg Technologie, déi dacks bei der Produktioun vun Hallefleederkomponenten agesat gëtt. De Grondprinzip ass den Damp vun elementaren Substanzen oder Verbindungen an engem Trägergas ze transportéieren an Kristaller duerch chemesch Reaktiounen um Substrat ofzesetzen.

Wéi eng Problemer léist den Epitaxieprozess?

Nëmme Grousseinkristallmaterialien kënnen den wuessenden Ufuerderunge vun der Produktioun vu verschiddene Hallefleiterkomponenten net decken. Dofir gouf Enn 1959 d'Epitaxialwuesstem, eng Technologie fir d'Wuesstum vun Einkristallmaterialien a Dënnschichten, entwéckelt. Wéi e spezifesche Bäitrag huet d'Epitaxietechnologie also zum Fortschrëtt vu Materialien?

Fir Silizium, wéi d'Silizium-Epitaxialwachstumstechnologie ugefaangen huet, war et wierklech eng schwiereg Zäit fir d'Produktioun vu Silizium-Héichfrequenz- an Héichleistungstransistoren. Aus der Perspektiv vun den Transistorprinzipien, fir eng héich Frequenz an héich Leeschtung ze kréien, muss d'Duerchbrochspannung vum Kollektorberäich héich sinn an de Seriewiderstand kleng sinn, dat heescht, den Offall vun der Sättigungsspannung muss kleng sinn. Déi éischt verlaangt, datt de Widderstand vum Material am Kollektorberäich héich soll sinn, während déi zweet verlaangt, datt de Widderstand vum Material am Kollektorberäich niddreg soll sinn. Déi zwou Provënzen si géigesäiteg widderspréchlech. Wann d'Dicke vum Material am Kollektorberäich reduzéiert gëtt fir de Seriewiderstand ze reduzéieren, gëtt de Siliziumwafer ze dënn a fragil fir veraarbecht ze ginn. Wann de Widderstand vum Material reduzéiert gëtt, widdersprécht dat der éischter Fuerderung. D'Entwécklung vun der Epitaxialtechnologie war awer erfollegräich an huet dës Schwieregkeet geléist.

Léisung: Eng epitaktesch Schicht mat héijem Widderstand op engem Substrat mat extrem niddregem Widderstand opbauen an den Apparat op der epitaktesch Schicht bauen. Dës epitaktesch Schicht mat héijem Widderstand garantéiert, datt d'Röhre eng héich Duerchbrochspannung huet, während de Substrat mat niddregem Widderstand och de Widderstand vum Substrat reduzéiert, wouduerch de Sättigungsspannungsoffall reduzéiert gëtt an de Widdersproch tëscht deenen zwee geléist gëtt.

Zousätzlech goufen Epitaxietechnologien, wéi z. B. Gasphase-Epitaxie a Flëssegkeetsphase-Epitaxie vu GaAs an aner III-V, II-VI an aner molekulare Verbindungs-Hallefleitermaterialien, staark entwéckelt a si sinn d'Basis fir déi meescht Mikrowellen-Apparater, optoelektronesch Apparater an Energieversuergungsapparater ginn. Et ass eng onverzichtbar Prozesstechnologie fir d'Produktioun vun Apparater, besonnesch déi erfollegräich Uwendung vun der Molekularstrahl- a Metallorganescher Gasphase-Epitaxietechnologie a dënnen Schichten, Supergitter, Quantebrunnen, gespannten Supergitter an Dënnschicht-Epitaxie op atomarer Ebene, wat en neie Schrëtt an der Hallefleiterfuerschung ass. D'Entwécklung vun der "Energy Belt Engineering" an dësem Beräich huet eng zolidd Basis geluecht.

A prakteschen Uwendungen ginn Hallefleederkomponenten mat breeder Bandlück bal ëmmer op der epitaktischer Schicht hiergestallt, an de Siliziumkarbidwafer selwer déngt nëmmen als Substrat. Dofir ass d'Kontroll vun der epitaktischer Schicht e wichtegen Deel vun der Hallefleederindustrie mat breeder Bandlück.

7 wichtegst Fäegkeeten an der Epitaxietechnologie

1. Epitaktesch Schichten mat héijem (niddregem) Widderstand kënnen epitaktesch op Substrater mat nidderegem (héije) Widderstand ugebaut ginn.
2. Déi epitaktesch Schicht vum Typ N(P) kann epitaktesch op dem P(N)-Typ-Substrat ugebaut ginn, fir direkt eng PN-Iwwergank ze bilden. Et gëtt kee Kompensatiounsproblem, wann d'Diffusiounsmethod benotzt gëtt, fir eng PN-Iwwergank op engem Eenkristall-Substrat ze maachen.
3. Kombinéiert mat Maskentechnologie gëtt selektiv epitaktesch Wuesstem an designéierte Beräicher duerchgefouert, wouduerch Konditioune fir d'Produktioun vun integréierte Schaltungen an Apparater mat spezielle Strukturen geschaf ginn.
4. D'Aart a Konzentratioun vum Doping kënnen no Bedarf während dem epitaktischen Wuessprozess geännert ginn. D'Ännerung vun der Konzentratioun kann eng plötzlech Ännerung oder eng lues Ännerung sinn.
5. Et kann heterogen, méischichteg, méikomponenteg Verbindungen an ultradënn Schichten mat variablen Komponenten wuessen.
6. Epitaktesch Wuesstem kann bei enger Temperatur ënner dem Schmelzpunkt vum Material duerchgefouert ginn, d'Wuesstemsquote ass kontrolléierbar, an en epitaktesch Wuesstem vun enger Déckt op atomarer Ebene kann erreecht ginn.
7. Et kann Eenkristallmaterialien wuessen loossen, déi net erausgezunn kënne ginn, wéi GaN, Eenkristallschichten vun tertiären a quaternäre Verbindungen, etc.