Како епитаксијалните слоеви им помагаат на полупроводничките уреди?

Потеклото на името епитаксијална плочка

Прво, да популаризираме еден мал концепт: подготовката на плочка вклучува две главни алки: подготовка на подлога и епитаксијален процес. Подлогата е плочка направена од полупроводнички монокристален материјал. Подлогата може директно да влезе во процесот на производство на плочка за да произведе полупроводнички уреди или може да се обработи со епитаксијални процеси за да произведе епитаксијални плочки. Епитаксија се однесува на процесот на одгледување нов слој од монокристал на монокристална подлога која е внимателно обработена со сечење, мелење, полирање итн. Новиот монокристал може да биде од ист материјал како и подлогата или може да биде од различен материјал (хомогена (епитаксија или хетероепитаксија). Бидејќи новиот монокристален слој се протега и расте според кристалната фаза на подлогата, тој се нарекува епитаксијален слој (дебелината е обично неколку микрони, земајќи го силициумот како пример: значењето на силициумскиот епитаксијален раст е на силициумска монокристална подлога со одредена кристална ориентација. Слој од кристал со добар интегритет на структурата на решетката и различна отпорност и дебелина со иста кристална ориентација како што се одгледува подлогата), а подлогата со епитаксијалниот слој се нарекува епитаксијална плочка (епитаксијална плочка = епитаксијален слој + подлога). Кога уредот е направен на епитаксијалниот слој, тоа се нарекува позитивна епитаксија. Ако уредот е направен на подлогата, тоа се нарекува обратна епитаксија. Во овој момент, епитаксијалниот слој игра само потпорна улога.

Полирана вафла

Методи на епитаксијален раст

Молекуларна зрачна епитаксија (MBE): Тоа е технологија на полупроводнички епитаксијален раст што се изведува под услови на ултра висок вакуум. Во оваа техника, изворниот материјал се испарува во форма на зрак од атоми или молекули, а потоа се депонира на кристална подлога. MBE е многу прецизна и контролирана технологија за полупроводнички раст на тенок филм што може прецизно да ја контролира дебелината на депонираниот материјал на атомско ниво.
CVD на метално-органски материјал (MOCVD): Во MOCVD процесот, органски метал и хидриден гас N што ги содржи потребните елементи се доставуваат до подлогата на соодветна температура, подлежат на хемиска реакција за да се генерира потребниот полупроводнички материјал и се таложат на подлогата, додека преостанатите соединенија и реакциони производи се испуштаат.
Парна фазна епитаксија (VPE): Парната фазна епитаксија е важна технологија што најчесто се користи во производството на полупроводнички уреди. Основниот принцип е да се транспортира пареата на елементарни супстанции или соединенија во гас-носач и да се таложат кристали на подлогата преку хемиски реакции.

Кои проблеми ги решава процесот на епитаксија?

Само материјалите за масовна употреба со еден кристал не можат да ги задоволат растечките потреби за производство на разни полупроводнички уреди. Затоа, епитаксијалното растење, технологија за растење на тенкослоен еднокристален материјал, беше развиена кон крајот на 1959 година. Па, каков конкретен придонес има технологијата на епитаксија во напредокот на материјалите?

За силициумот, кога започна технологијата за епитаксијален раст на силициумот, беше навистина тешко време за производство на силициумски транзистори со висока фреквенција и голема моќност. Од перспектива на принципите на транзисторот, за да се добијат висока фреквенција и голема моќност, напонот на пробив на колекторската област мора да биде висок, а серискиот отпор мора да биде мал, односно падот на напонот на сатурација мора да биде мал. Првиот бара отпорноста на материјалот во собирачката област да биде висока, додека вториот бара отпорноста на материјалот во собирачката област да биде ниска. Двете области се контрадикторни една на друга. Ако дебелината на материјалот во колекторската област се намали за да се намали серискиот отпор, силициумската плочка ќе биде премногу тенка и кршлива за да се обработи. Ако отпорноста на материјалот се намали, тоа ќе биде во спротивност со првиот услов. Сепак, развојот на епитаксијалната технологија беше успешен. Ова го реши овој проблем.

Решение: Одгледајте епитаксијален слој со висок отпор на подлога со екстремно низок отпор и направете го уредот на епитаксијалниот слој. Овој епитаксијален слој со висок отпор осигурува дека цевката има висок напон на пробив, додека подлогата со низок отпор исто така го намалува отпорот на подлогата, со што се намалува падот на напонот на сатурација, со што се решава контрадикцијата помеѓу двете.

Покрај тоа, технологиите за епитаксија, како што се епитаксија во парна фаза и епитаксија во течна фаза на GaAs и други III-V, II-VI и други молекуларно сложени полупроводнички материјали, исто така, се многу развиени и станаа основа за повеќето микробранови уреди, оптоелектронски уреди, електрична енергија. Тоа е неопходна процесна технологија за производство на уреди, особено успешната примена на технологијата за епитаксија во парна фаза на молекуларен зрак и метални органски метали во тенки слоеви, суперрешетки, квантни бунари, напрегнати суперрешетки и тенкослојна епитаксија на атомско ниво, што е нов чекор во истражувањето на полупроводниците. Развојот на „инженерството на енергетски ремени“ во оваа област постави солидна основа.

Во практичните апликации, полупроводничките уреди со широк енергетски јаз речиси секогаш се изработуваат на епитаксијалниот слој, а самата силициум-карбидна плочка служи само како подлога. Затоа, контролата на епитаксијалниот слој е важен дел од индустријата за полупроводници со широк енергетски јаз.

7 главни вештини во технологијата на епитаксија

1. Епитаксијалните слоеви со висок (низок) отпор можат да се одгледуваат епитаксијално на подлоги со низок (висок) отпор.
2. Епитаксијалниот слој од N(P) тип може епитаксијално да се одгледа на подлогата од P(N) тип за директно да се формира PN спој. Нема проблем со компензација кога се користи методот на дифузија за да се направи PN спој на монокристална подлога.
3. Во комбинација со технологијата на маски, селективниот епитаксијален раст се изведува во одредени области, создавајќи услови за производство на интегрирани кола и уреди со посебни структури.
4. Видот и концентрацијата на допинг може да се менуваат според потребите за време на процесот на епитаксијален раст. Промената на концентрацијата може да биде ненадејна или бавна промена.
5. Може да одгледува хетерогени, повеќеслојни, повеќекомпонентни соединенија и ултратенки слоеви со варијабилни компоненти.
6. Епитаксијалниот раст може да се изврши на температура пониска од точката на топење на материјалот, стапката на раст е контролирана и може да се постигне епитаксијален раст со дебелина на атомско ниво.
7. Може да одгледува монокристални материјали кои не можат да се влечат, како што се GaN, монокристални слоеви на терцијарни и кватернерни соединенија итн.