ຊັ້ນ epitaxial ຊ່ວຍອຸປະກອນ semiconductor ແນວໃດ?

ຕົ້ນກຳເນີດຂອງຊື່ epitaxial wafer

ກ່ອນອື່ນໝົດ, ໃຫ້ພວກເຮົາເຜີຍແຜ່ແນວຄວາມຄິດນ້ອຍໆ: ການກະກຽມເວເຟີປະກອບມີສອງຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ຫຼັກຄື: ການກະກຽມຊັ້ນຮອງພື້ນ ແລະ ຂະບວນການ epitaxial. ຊັ້ນຮອງພື້ນແມ່ນເວເຟີທີ່ເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸຜລຶກດ່ຽວເຄິ່ງຕົວນຳ. ຊັ້ນຮອງພື້ນສາມາດເຂົ້າສູ່ຂະບວນການຜະລິດເວເຟີໂດຍກົງເພື່ອຜະລິດອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ, ຫຼື ມັນສາມາດຖືກປະມວນຜົນໂດຍຂະບວນການ epitaxial ເພື່ອຜະລິດເວເຟີ epitaxial. Epitaxy ໝາຍເຖິງຂະບວນການຂອງການປູກຊັ້ນຜລຶກດ່ຽວໃໝ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນຜລຶກດ່ຽວທີ່ໄດ້ຮັບການປະມວນຜົນຢ່າງລະມັດລະວັງໂດຍການຕັດ, ການບົດ, ການຂັດ, ແລະອື່ນໆ. ຜລຶກດ່ຽວໃໝ່ສາມາດເປັນວັດສະດຸດຽວກັນກັບຊັ້ນຮອງພື້ນ, ຫຼື ມັນສາມາດເປັນວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (ເປັນເອກະພາບ) epitaxy ຫຼື heteroepitaxy). ເນື່ອງຈາກຊັ້ນຜລຶກດຽວໃໝ່ຂະຫຍາຍ ແລະ ເຕີບໃຫຍ່ຕາມໄລຍະຜລຶກຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນ, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າຊັ້ນ epitaxial (ຄວາມໜາມັກຈະເປັນສອງສາມໄມຄຣອນ, ໂດຍຍົກຕົວຢ່າງຊິລິກອນ: ຄວາມໝາຍຂອງການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ຊິລິກອນແມ່ນຢູ່ໃນຊັ້ນໃຕ້ດິນຜລຶກດຽວຊິລິກອນທີ່ມີທິດທາງຜລຶກທີ່ແນ່ນອນ. ຊັ້ນຂອງຜລຶກທີ່ມີຄວາມສົມບູນຂອງໂຄງສ້າງຕາຂ່າຍທີ່ດີ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານ ແລະ ຄວາມໜາທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ມີທິດທາງຜລຶກດຽວກັນກັບຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ເຕີບໃຫຍ່), ແລະ ຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ມີຊັ້ນ epitaxial ເອີ້ນວ່າແຜ່ນ epitaxial (ແຜ່ນ epitaxial = ຊັ້ນ epitaxial + ແຜ່ນພື້ນຖານ). ເມື່ອອຸປະກອນຖືກສ້າງຂຶ້ນເທິງຊັ້ນ epitaxial, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າ epitaxy ບວກ. ຖ້າອຸປະກອນຖືກສ້າງຂຶ້ນເທິງຊັ້ນໃຕ້ດິນ, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າ epitaxy ປີ້ນກັບກັນ. ໃນເວລານີ້, ຊັ້ນ epitaxial ມີບົດບາດສະໜັບສະໜູນເທົ່ານັ້ນ.

ເວເຟີຂັດເງົາ

ວິທີການເຕີບໃຫຍ່ຂອງ Epitaxial

ການແຍກຊັ້ນຂອງລຳແສງໂມເລກຸນ (MBE): ມັນແມ່ນເທັກໂນໂລຢີການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນຂອງເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ປະຕິບັດພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂສູນຍາກາດສູງພິເສດ. ໃນເທັກໂນໂລຢີນີ້, ວັດສະດຸຕົ້ນກຳເນີດຈະຖືກລະເຫີຍໃນຮູບແບບຂອງລຳແສງຂອງອະຕອມ ຫຼື ໂມເລກຸນ ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນຖືກວາງໄວ້ເທິງຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ເປັນຜລຶກ. MBE ແມ່ນເທັກໂນໂລຢີການເຕີບໂຕຂອງຟິມບາງເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງ ແລະ ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ ເຊິ່ງສາມາດຄວບຄຸມຄວາມໜາຂອງວັດສະດຸທີ່ວາງໄວ້ໃນລະດັບອະຕອມໄດ້ຢ່າງແນ່ນອນ.
CVD ໂລຫະອິນຊີ (MOCVD): ໃນຂະບວນການ MOCVD, ໂລຫະອິນຊີ ແລະ ອາຍແກັສໄຮໄດຣດ໌ N2 ທີ່ມີອົງປະກອບທີ່ຕ້ອງການຈະຖືກສະໜອງໃຫ້ກັບຊັ້ນຮອງພື້ນໃນອຸນຫະພູມທີ່ເໝາະສົມ, ຜ່ານປະຕິກິລິຍາເຄມີເພື່ອສ້າງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ຕ້ອງການ, ແລະ ຖືກວາງໄວ້ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ, ໃນຂະນະທີ່ສານປະກອບ ແລະ ຜະລິດຕະພັນປະຕິກິລິຍາທີ່ເຫຼືອຖືກປ່ອຍອອກ.
ການແບ່ງຂັ້ນດ້ວຍໄອນ້ຳ (VPE): ການແບ່ງຂັ້ນດ້ວຍໄອນ້ຳເປັນເທັກໂນໂລຢີທີ່ສຳຄັນທີ່ໃຊ້ກັນທົ່ວໄປໃນການຜະລິດອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ. ຫຼັກການພື້ນຖານແມ່ນການຂົນສົ່ງໄອນ້ຳຂອງສານຫຼືສານປະກອບໃນອາຍແກັສພາຫະນະ, ແລະວາງຜລຶກໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນຜ່ານປະຕິກິລິຍາເຄມີ.

ຂະບວນການ epitaxy ແກ້ໄຂບັນຫາຫຍັງແດ່?

ມີພຽງແຕ່ວັດສະດຸຜລຶກດ່ຽວຈຳນວນຫຼາຍເທົ່ານັ້ນທີ່ບໍ່ສາມາດຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງການຜະລິດອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳຕ່າງໆ. ດັ່ງນັ້ນ, ການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial, ເຊິ່ງເປັນເຕັກໂນໂລຊີການເຕີບໂຕຂອງວັດສະດຸຜລຶກດ່ຽວຊັ້ນບາງໆ, ໄດ້ຖືກພັດທະນາຂຶ້ນໃນທ້າຍປີ 1959. ດັ່ງນັ້ນ, ເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy ມີການປະກອບສ່ວນສະເພາະໃດແດ່ຕໍ່ຄວາມກ້າວໜ້າຂອງວັດສະດຸ?

ສຳລັບຊິລິກອນ, ເມື່ອເຕັກໂນໂລຊີການເຕີບໂຕຂອງຊິລິກອນ epitaxial ເລີ່ມຕົ້ນ, ມັນແມ່ນຊ່ວງເວລາທີ່ຫຍຸ້ງຍາກແທ້ໆສຳລັບການຜະລິດທຣານຊິດເຕີຄວາມຖີ່ສູງ ແລະ ພະລັງງານສູງຂອງຊິລິກອນ. ຈາກທັດສະນະຂອງຫຼັກການທຣານຊິດເຕີ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມຖີ່ສູງ ແລະ ພະລັງງານສູງ, ແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກຂອງພື້ນທີ່ເກັບກຳຕ້ອງສູງ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຊຸດຕ້ອງນ້ອຍ, ນັ້ນຄື, ການຫຼຸດລົງຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າອີ່ມຕົວຕ້ອງນ້ອຍ. ອັນກ່ອນກຳນົດວ່າຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸໃນພື້ນທີ່ເກັບກຳຄວນສູງ, ໃນຂະນະທີ່ອັນຫຼັງກຳນົດວ່າຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸໃນພື້ນທີ່ເກັບກຳຄວນຕ່ຳ. ສອງແຂວງນີ້ຂັດແຍ້ງກັນ. ຖ້າຄວາມໜາຂອງວັດສະດຸໃນພື້ນທີ່ເກັບກຳຖືກຫຼຸດລົງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານຊຸດ, ແຜ່ນຊິລິກອນຈະບາງ ແລະ ແຕກຫັກງ່າຍເກີນໄປທີ່ຈະປຸງແຕ່ງ. ຖ້າຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸຖືກຫຼຸດລົງ, ມັນຈະຂັດກັບຄວາມຕ້ອງການທຳອິດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial ໄດ້ປະສົບຜົນສຳເລັດ. ໄດ້ແກ້ໄຂບັນຫານີ້.

ວິທີແກ້ໄຂ: ປູກຊັ້ນ epitaxial ທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານສູງໃສ່ຊັ້ນ substrate ທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານຕໍ່າຫຼາຍ, ແລະ ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນຢູ່ເທິງຊັ້ນ epitaxial. ຊັ້ນ epitaxial ທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານສູງນີ້ຮັບປະກັນວ່າທໍ່ມີແຮງດັນແຕກຫັກສູງ, ໃນຂະນະທີ່ຊັ້ນ substrate ທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານຕໍ່າມັນຍັງຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານຂອງຊັ້ນ substrate, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຫຼຸດຜ່ອນການຫຼຸດລົງຂອງແຮງດັນອີ່ມຕົວ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງລະຫວ່າງສອງຢ່າງ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy ເຊັ່ນ: epitaxy ໄລຍະໄອ ແລະ epitaxy ໄລຍະແຫຼວຂອງ GaAs ແລະ III-V, II-VI ແລະ ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳໂມເລກຸນປະສົມອື່ນໆກໍ່ໄດ້ຮັບການພັດທະນາຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ໄດ້ກາຍເປັນພື້ນຖານສຳລັບອຸປະກອນໄມໂຄເວຟສ່ວນໃຫຍ່, ອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ, ພະລັງງານ. ມັນເປັນເຕັກໂນໂລຊີຂະບວນການທີ່ຂາດບໍ່ໄດ້ສຳລັບການຜະລິດອຸປະກອນ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການນຳໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy ໄລຍະໄອໂມເລກຸນ ແລະ ໂລຫະອິນຊີທີ່ປະສົບຜົນສຳເລັດໃນຊັ້ນບາງໆ, superlattices, wells quantum, superlattices ທີ່ມີຄວາມເຄັ່ງຕຶງ, ແລະ epitaxy ຊັ້ນບາງລະດັບອະຕອມ, ເຊິ່ງເປັນບາດກ້າວໃໝ່ໃນການຄົ້ນຄວ້າເຄິ່ງຕົວນຳ. ການພັດທະນາ "ວິສະວະກຳສາຍແອວພະລັງງານ" ໃນຂະແໜງການນີ້ໄດ້ວາງພື້ນຖານທີ່ແຂງແກ່ນ.

ໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ, ອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີແຖບຄວາມຖີ່ກ້ວາງເກືອບທຸກຄັ້ງແມ່ນຜະລິດຢູ່ໃນຊັ້ນ epitaxial, ແລະແຜ່ນຊິລິກອນຄາໄບເອງກໍ່ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນພຽງແຕ່ຊັ້ນຮອງພື້ນເທົ່ານັ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການຄວບຄຸມຊັ້ນ epitaxial ຈຶ່ງເປັນສ່ວນສຳຄັນຂອງອຸດສາຫະກຳເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີແຖບຄວາມຖີ່ກວ້າງ.

7 ທັກສະຫຼັກໃນເຕັກໂນໂລຊີ epitaxy

1. ຊັ້ນ epitaxial ທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານສູງ (ຕໍ່າ) ສາມາດປູກໄດ້ໃນຊັ້ນ epitaxial ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານຕໍ່າ (ສູງ).
2. ຊັ້ນ epitaxial ປະເພດ N (P) ສາມາດເຕີບໃຫຍ່ໄດ້ທາງ epitaxial ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນປະເພດ P (N) ເພື່ອສ້າງຈຸດຕໍ່ PN ໂດຍກົງ. ບໍ່ມີບັນຫາການຊົດເຊີຍເມື່ອໃຊ້ວິທີການແຜ່ກະຈາຍເພື່ອສ້າງຈຸດຕໍ່ PN ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນຜລຶກດຽວ.
3. ລວມກັບເທັກໂນໂລຢີໜ້າກາກ, ການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ແບບເລືອກເຟັ້ນແມ່ນປະຕິບັດຢູ່ໃນພື້ນທີ່ທີ່ກຳນົດໄວ້, ສ້າງເງື່ອນໄຂສຳລັບການຜະລິດວົງຈອນປະສົມປະສານ ແລະ ອຸປະກອນທີ່ມີໂຄງສ້າງພິເສດ.
4. ປະເພດ ແລະ ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງການໃຊ້ຢາເສີມສາມາດປ່ຽນແປງໄດ້ຕາມຄວາມຕ້ອງການໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຕີບໃຫຍ່ຂອງ epitaxial. ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສາມາດເປັນການປ່ຽນແປງຢ່າງກະທັນຫັນ ຫຼື ການປ່ຽນແປງຊ້າໆ.
5. ມັນສາມາດເຕີບໃຫຍ່ໄດ້ຫຼາຍຊັ້ນ, ຫຼາຍອົງປະກອບ ແລະ ຊັ້ນບາງໆທີ່ມີອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
6. ການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໃນອຸນຫະພູມຕໍ່າກວ່າຈຸດລະລາຍຂອງວັດສະດຸ, ອັດຕາການເຕີບໂຕແມ່ນສາມາດຄວບຄຸມໄດ້, ແລະການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ຂອງຄວາມໜາລະດັບປະລໍາມະນູສາມາດບັນລຸໄດ້.
7. ມັນສາມາດປູກວັດສະດຸຜລຶກດ່ຽວທີ່ບໍ່ສາມາດດຶງໄດ້, ເຊັ່ນ: GaN, ຊັ້ນຜລຶກດ່ຽວຂອງທາດປະສົມຊັ້ນສາມ ແລະ ຊັ້ນສີ່, ແລະອື່ນໆ.