ຊັ້ນ epitaxial ຊ່ວຍອຸປະກອນ semiconductor ແນວໃດ?

ຕົ້ນກໍາເນີດຂອງຊື່ wafer epitaxial

ຫນ້າທໍາອິດ, ໃຫ້ນິຍົມແນວຄວາມຄິດຂະຫນາດນ້ອຍ: ການກະກຽມ wafer ປະກອບມີສອງເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ສໍາຄັນ: ການກະກຽມ substrate ແລະຂະບວນການ epitaxial. substrate ແມ່ນ wafer ທີ່ເຮັດດ້ວຍ semiconductor ວັດສະດຸໄປເຊຍກັນດຽວ. substrate ສາມາດເຂົ້າໄປໃນຂະບວນການຜະລິດ wafer ໂດຍກົງເພື່ອຜະລິດອຸປະກອນ semiconductor, ຫຼືມັນສາມາດຖືກປຸງແຕ່ງໂດຍຂະບວນການ epitaxial ເພື່ອຜະລິດ wafers epitaxial. Epitaxy ຫມາຍເຖິງຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຊັ້ນໃຫມ່ຂອງໄປເຊຍກັນຊັ້ນດຽວໃນ substrate ໄປເຊຍກັນດຽວທີ່ໄດ້ຮັບການປຸງແຕ່ງຢ່າງລະມັດລະວັງໂດຍການຕັດ, grinding, polishing, ແລະອື່ນໆໄປເຊຍກັນໃຫມ່ສາມາດເປັນວັດສະດຸດຽວກັນກັບ substrate ໄດ້, ຫຼືມັນສາມາດເປັນວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (homogeneous) epitaxy ຫຼື heteroepitaxy). ເນື່ອງຈາກວ່າຊັ້ນຜລຶກດຽວໃຫມ່ຂະຫຍາຍແລະເຕີບໃຫຍ່ຕາມໄລຍະຜລຶກຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນ, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າຊັ້ນ epitaxial (ຄວາມຫນາແມ່ນປົກກະຕິສອງສາມໄມຄອນ, ເອົາຊິລິໂຄນເປັນຕົວຢ່າງ: ຄວາມຫມາຍຂອງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຊິລິໂຄນແມ່ນຢູ່ກັບຊັ້ນໃຕ້ດິນໄປເຊຍກັນຂອງຊິລິໂຄນທີ່ມີທິດທາງໄປເຊຍກັນທີ່ແນ່ນອນ. ຊັ້ນຂອງໄປເຊຍກັນທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງໂຄງສ້າງເສັ້ນໄຍທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ substrate ແລະຄວາມຕ້ານທານທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. substrate ກັບຊັ້ນ epitaxial ເອີ້ນວ່າ wafer epitaxial (epitaxial wafer = ຊັ້ນ epitaxial + substrate). ເມື່ອອຸປະກອນຖືກເຮັດຢູ່ໃນຊັ້ນ epitaxy, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າ epitaxy ບວກ. ຖ້າອຸປະກອນຖືກເຮັດຢູ່ເທິງຊັ້ນຍ່ອຍ, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າ epitaxy ປີ້ນກັບກັນ. ໃນເວລານີ້, ຊັ້ນ epitaxial ພຽງແຕ່ມີບົດບາດສະຫນັບສະຫນູນ.

wafer ຂັດ

ວິທີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial

molecular beam epitaxy (MBE): ມັນເປັນເທກໂນໂລຍີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ semiconductor epitaxial ປະຕິບັດພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂສູນຍາກາດສູງ. ໃນເຕັກນິກນີ້, ວັດສະດຸແຫຼ່ງແມ່ນ evaporated ໃນຮູບແບບຂອງ beam ຂອງປະລໍາມະນູຫຼືໂມເລກຸນແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຝາກໄວ້ໃນ substrate crystalline. MBE ເປັນເທກໂນໂລຍີການຈະເລີນເຕີບໂຕຂອງຮູບເງົາບາງໆ semiconductor ທີ່ຊັດເຈນແລະຄວບຄຸມໄດ້ຢ່າງແນ່ນອນທີ່ສາມາດຄວບຄຸມຄວາມຫນາຂອງວັດສະດຸທີ່ຝາກໄວ້ໃນລະດັບປະລໍາມະນູ.
ໂລຫະຊີວະພາບ CVD (MOCVD): ໃນຂະບວນການ MOCVD, ໂລຫະອິນຊີແລະອາຍແກັສ hydride N ອາຍແກັສທີ່ມີອົງປະກອບທີ່ຈໍາເປັນໄດ້ຖືກສະຫນອງໃຫ້ແກ່ substrate ໃນອຸນຫະພູມທີ່ເຫມາະສົມ, ດໍາເນີນການປະຕິກິລິຢາເຄມີເພື່ອສ້າງວັດສະດຸ semiconductor ທີ່ຕ້ອງການ, ແລະຖືກຝາກໄວ້ໃນ substrate ສຸດ, ໃນຂະນະທີ່ທາດປະສົມແລະຜະລິດຕະພັນຕິກິຣິຍາທີ່ຍັງເຫຼືອຖືກປ່ອຍອອກມາ.
Vapor phase epitaxy (VPE): Vapor phase epitaxy ເປັນເທກໂນໂລຍີທີ່ສໍາຄັນທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປໃນການຜະລິດອຸປະກອນ semiconductor. ຫຼັກການພື້ນຖານແມ່ນການຂົນສົ່ງ vapor ຂອງອົງປະກອບຫຼືທາດປະສົມໃນອາຍແກັສຂົນສົ່ງ, ແລະຝາກໄປເຊຍກັນເທິງ substrate ໂດຍຜ່ານປະຕິກິລິຍາເຄມີ.

ຂະບວນການ epitaxy ແກ້ໄຂບັນຫາຫຍັງແດ່?

ວັດສະດຸຜລຶກດຽວເປັນຊຸດເທົ່ານັ້ນບໍ່ສາມາດຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນໃນການຜະລິດອຸປະກອນເຊມິຄອນດັກເຕີຕ່າງໆ. ດັ່ງນັ້ນ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial, ເທກໂນໂລຍີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງວັດສະດຸໄປເຊຍກັນບາງຊັ້ນ, ໄດ້ຖືກພັດທະນາໃນທ້າຍປີ 1959. ດັ່ງນັ້ນ, ເຕັກໂນໂລຢີ epitaxy ມີຄວາມກ້າວຫນ້າຂອງວັດສະດຸໃດແດ່?

ສໍາລັບຊິລິໂຄນ, ໃນເວລາທີ່ເຕັກໂນໂລຢີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຊິລິໂຄນ epitaxial ໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນ, ມັນແມ່ນເວລາທີ່ຫຍຸ້ງຍາກສໍາລັບການຜະລິດຊິລິໂຄນ transistors ຄວາມຖີ່ສູງແລະພະລັງງານສູງ. ຈາກທັດສະນະຂອງຫຼັກການຂອງ transistor, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບຄວາມຖີ່ສູງແລະພະລັງງານສູງ, ແຮງດັນທີ່ແຕກຫັກຂອງພື້ນທີ່ເກັບຕ້ອງສູງແລະຄວາມຕ້ານທານຂອງຊຸດຕ້ອງມີຂະຫນາດນ້ອຍ, ນັ້ນແມ່ນ, ການຫຼຸດລົງແຮງດັນການອີ່ມຕົວຕ້ອງມີຂະຫນາດນ້ອຍ. ອະດີດຮຽກຮ້ອງໃຫ້ຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸໃນພື້ນທີ່ເກັບລວບລວມຄວນຈະສູງ, ໃນຂະນະທີ່ອັນສຸດທ້າຍຮຽກຮ້ອງໃຫ້ຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸໃນພື້ນທີ່ເກັບລວບລວມຄວນຈະຕໍ່າ. ສອງ​ແຂວງ​ແມ່ນ​ຂັດ​ແຍ່ງ​ກັນ. ຖ້າຄວາມຫນາຂອງວັດສະດຸໃນພື້ນທີ່ເກັບລວບລວມຫຼຸດລົງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານຂອງຊຸດ, ແຜ່ນ silicon wafer ຈະບາງເກີນໄປແລະມີຄວາມອ່ອນແອທີ່ຈະໄດ້ຮັບການປຸງແຕ່ງ. ຖ້າຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸຫຼຸດລົງ, ມັນຈະກົງກັນຂ້າມກັບຄວາມຕ້ອງການທໍາອິດ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີ epitaxial ໄດ້ປະສົບຜົນສໍາເລັດ. ແກ້​ໄຂ​ຄວາມ​ຫຍຸ້ງ​ຍາກ​ນີ້​.

ການ​ແກ້​ໄຂ​: ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ຊັ້ນ epitaxial ຄວາມ​ຕ້ານ​ທານ​ສູງ​ໃນ substrate ຄວາມ​ຕ້ານ​ທານ​ຕ​່​ໍ​າ​ທີ່​ສຸດ​, ແລະ​ເຮັດ​ໃຫ້​ອຸ​ປະ​ກອນ​ໃນ​ຊັ້ນ epitaxial​. ຊັ້ນ epitaxial ຄວາມຕ້ານທານສູງນີ້ຮັບປະກັນວ່າທໍ່ມີແຮງດັນທີ່ແຕກຫັກສູງ, ໃນຂະນະທີ່ຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານຕ່ໍາ, ມັນຍັງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານຂອງ substrate, ດັ່ງນັ້ນການຫຼຸດຜ່ອນແຮງດັນຄວາມອີ່ມຕົວຫຼຸດລົງ, ດັ່ງນັ້ນການແກ້ໄຂຄວາມຂັດແຍ້ງລະຫວ່າງສອງ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ເທກໂນໂລຍີ epitaxy ເຊັ່ນ: ໄລຍະ vapor epitaxy ແລະ epitaxy ໄລຍະຂອງແຫຼວຂອງ GaAs ແລະ III-V, II-VI ແລະວັດສະດຸ semiconductor ປະສົມໂມເລກຸນອື່ນໆກໍ່ໄດ້ຮັບການພັດທະນາຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແລະໄດ້ກາຍເປັນພື້ນຖານສໍາລັບອຸປະກອນໄມໂຄເວຟສ່ວນໃຫຍ່, ອຸປະກອນ optoelectronic, ພະລັງງານ, ມັນເປັນເຕັກໂນໂລຢີຂະບວນການທີ່ຂາດບໍ່ໄດ້ສໍາລັບການຜະລິດອຸປະກອນ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການປະຍຸກໃຊ້ເທກໂນໂລຍີຊັ້ນນໍາຂອງ epiamxy ໂລຫະບາງໆ. superlattices, quantum wells, superlattices strained, ແລະ epitaxy ຊັ້ນບາງໆລະດັບປະລໍາມະນູ, ເຊິ່ງເປັນຂັ້ນຕອນໃຫມ່ໃນການຄົ້ນຄວ້າ semiconductor. ການພັດທະນາຂອງ "ວິສະວະກໍາສາຍແອວພະລັງງານ" ໃນພາກສະຫນາມໄດ້ວາງພື້ນຖານທີ່ແຂງ.

ໃນການນໍາໃຊ້ພາກປະຕິບັດ, ອຸປະກອນ semiconductor bandgap ກວ້າງແມ່ນເກືອບສະເຫມີຢູ່ໃນຊັ້ນ epitaxial, ແລະ silicon carbide wafer ຕົວຂອງມັນເອງພຽງແຕ່ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນ substrate. ດັ່ງນັ້ນ, ການຄວບຄຸມຂອງຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນສ່ວນຫນຶ່ງທີ່ສໍາຄັນຂອງອຸດສາຫະກໍາ semiconductor bandgap ກວ້າງ.

7 ທັກສະທີ່ສໍາຄັນໃນເຕັກໂນໂລຢີ epitaxy

1. ຊັ້ນ epitaxial ຄວາມຕ້ານທານສູງ (ຕ່ໍາ) ສາມາດຂະຫຍາຍຕົວ epitaxially ຕ່ໍາ (ສູງ) substrates ການຕໍ່ຕ້ານ.
2. ຊັ້ນ epitaxial ປະເພດ N (P) ສາມາດໄດ້ຮັບການປູກ epitaxially ເທິງ substrate ປະເພດ P (N) ເພື່ອສ້າງເປັນ PN junction ໂດຍກົງ. ບໍ່ມີບັນຫາການຊົດເຊີຍໃນເວລາທີ່ນໍາໃຊ້ວິທີການແຜ່ກະຈາຍເພື່ອເຮັດໃຫ້ເປັນຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PN ໃນ substrate ໄປເຊຍກັນດຽວ.
3. ປະສົມປະສານກັບເທກໂນໂລຍີຫນ້າກາກ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial ການຄັດເລືອກແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ໃນເຂດທີ່ກໍານົດໄວ້, ສ້າງເງື່ອນໄຂສໍາລັບການຜະລິດຂອງວົງຈອນປະສົມປະສານແລະອຸປະກອນທີ່ມີໂຄງສ້າງພິເສດ.
4. ປະເພດແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping ສາມາດປ່ຽນແປງໄດ້ຕາມຄວາມຕ້ອງການໃນລະຫວ່າງຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial. ການປ່ຽນແປງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນສາມາດເປັນການປ່ຽນແປງຢ່າງກະທັນຫັນຫຼືການປ່ຽນແປງຊ້າ.
5. ມັນສາມາດຂະຫຍາຍຕົວ heterogeneous, ຫຼາຍຊັ້ນ, ຫຼາຍອົງປະກອບແລະຊັ້ນ ultra-thin ມີອົງປະກອບທີ່ປ່ຽນແປງໄດ້.
6. ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial ສາມາດໄດ້ຮັບການປະຕິບັດຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາກວ່າຈຸດ melting ຂອງວັດສະດຸ, ອັດຕາການຂະຫຍາຍຕົວສາມາດຄວບຄຸມໄດ້, ແລະການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial ລະດັບຄວາມຫນາຂອງປະລໍາມະນູສາມາດບັນລຸໄດ້.
7. ມັນ​ສາ​ມາດ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ວັດ​ສະ​ດຸ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​ດຽວ​ທີ່​ບໍ່​ສາ​ມາດ​ດຶງ​ໄດ້​, ເຊັ່ນ​: GaN​, ຊັ້ນ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​ດຽວ​ຂອງ​ທາດ​ປະ​ສົມ​ສາມ​ແລະ quaternary​, ແລະ​ອື່ນໆ​.