Si i ndihmojnë shtresat epitaksiale pajisjet gjysmëpërçuese?

Origjina e emrit të napolit epitaksial

Së pari, le të popullarizojmë një koncept të vogël: përgatitja e napolitanëve përfshin dy lidhje kryesore: përgatitjen e substratit dhe procesin epitaksial. Substrati është një napolitan i bërë nga material gjysmëpërçues monokristali. Substrati mund të hyjë direkt në procesin e prodhimit të napolitanëve për të prodhuar pajisje gjysmëpërçuese, ose mund të përpunohet me anë të proceseve epitaksiale për të prodhuar napolitanë epitaksiale. Epitaksia i referohet procesit të rritjes së një shtrese të re monokristali në një substrat monokristali që është përpunuar me kujdes duke prerë, bluar, lëmuar, etj. Monokristali i ri mund të jetë i njëjti material si substrati, ose mund të jetë një material i ndryshëm (homogjen) (epitaksi ose heteroepitaksi). Meqenëse shtresa e re e kristalit të vetëm shtrihet dhe rritet sipas fazës kristalore të substratit, ajo quhet shtresë epitaksiale (trashësia zakonisht është disa mikronë, duke marrë silikonin si shembull: kuptimi i rritjes epitaksiale të silikonit është në një substrat të kristalit të vetëm të silikonit me një orientim të caktuar kristali. Një shtresë kristali me integritet të mirë të strukturës së rrjetës dhe rezistencë dhe trashësi të ndryshme me të njëjtin orientim kristali siç rritet substrati), dhe substrati me shtresën epitaksiale quhet një pllakë epitaksiale (pllakë epitaksiale = shtresë epitaksiale + substrat). Kur pajisja është bërë në shtresën epitaksiale, quhet epitaksi pozitive. Nëse pajisja është bërë në substrat, quhet epitaksi e kundërt. Në këtë kohë, shtresa epitaksiale luan vetëm një rol mbështetës.

Napolitane e lëmuar

Metodat e rritjes epitaksiale

Epitaksi me rreze molekulare (MBE): Është një teknologji rritjeje epitaksiale gjysmëpërçuese që kryhet në kushte vakumi ultra të lartë. Në këtë teknikë, materiali burimor avullohet në formën e një rrezeje atomesh ose molekulash dhe më pas depozitohet në një substrat kristalor. MBE është një teknologji shumë e saktë dhe e kontrollueshme e rritjes së filmit të hollë gjysmëpërçues që mund të kontrollojë me saktësi trashësinë e materialit të depozituar në nivel atomik.
CVD i metaleve organike (MOCVD): Në procesin MOCVD, metali organik dhe gazi hidrid N që përmban elementët e kërkuar furnizohen në substrat në një temperaturë të përshtatshme, i nënshtrohen një reaksioni kimik për të gjeneruar materialin gjysmëpërçues të kërkuar dhe depozitohen në substrat, ndërsa përbërjet dhe produktet e mbetura të reagimit shkarkohen.
Epitaksi në fazën e avullit (VPE): Epitaksi në fazën e avullit është një teknologji e rëndësishme që përdoret zakonisht në prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese. Parimi bazë është transportimi i avullit të substancave ose përbërjeve elementare në një gaz bartës dhe depozitimi i kristaleve në substrat nëpërmjet reaksioneve kimike.

Çfarë problemesh zgjidh procesi i epitaksise?

Vetëm materialet me kristal të vetëm në masë nuk mund të përmbushin nevojat në rritje të prodhimit të pajisjeve të ndryshme gjysmëpërçuese. Prandaj, rritja epitaksiale, një teknologji e rritjes së materialit me kristal të vetëm me shtresë të hollë, u zhvillua në fund të vitit 1959. Pra, çfarë kontributi specifik ka teknologjia epitaksiale në përparimin e materialeve?

Për silikonin, kur filloi teknologjia e rritjes epitaksiale të silikonit, ishte vërtet një kohë e vështirë për prodhimin e transistorëve me frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë të silikonit. Nga perspektiva e parimeve të transistorëve, për të përftuar frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë, tensioni i ndarjes së zonës së kolektorit duhet të jetë i lartë dhe rezistenca serike duhet të jetë e vogël, domethënë, rënia e tensionit të ngopjes duhet të jetë e vogël. E para kërkon që rezistenca e materialit në zonën mbledhëse të jetë e lartë, ndërsa e dyta kërkon që rezistenca e materialit në zonën mbledhëse të jetë e ulët. Të dy provincat janë kontradiktore me njëra-tjetrën. Nëse trashësia e materialit në zonën e kolektorit zvogëlohet për të zvogëluar rezistencën serike, pllaka e silikonit do të jetë shumë e hollë dhe e brishtë për t'u përpunuar. Nëse rezistenca e materialit zvogëlohet, kjo do të bie ndesh me kërkesën e parë. Megjithatë, zhvillimi i teknologjisë epitaksiale ka qenë i suksesshëm. Zgjidhja e kësaj vështirësie.

Zgjidhja: Rritni një shtresë epitaksiale me rezistencë të lartë në një substrat me rezistencë jashtëzakonisht të ulët dhe ndërtoni pajisjen në shtresën epitaksiale. Kjo shtresë epitaksiale me rezistencë të lartë siguron që tubi të ketë një tension të lartë prishjeje, ndërsa substrati me rezistencë të ulët gjithashtu zvogëlon rezistencën e substratit, duke zvogëluar kështu rënien e tensionit të ngopjes, duke zgjidhur kështu kontradiktën midis të dyjave.

Përveç kësaj, teknologjitë e epitaksisë, të tilla si epitaksia në fazën e avullit dhe epitaksia në fazën e lëngshme e GaAs dhe materialeve të tjera gjysmëpërçuese me përbërje molekulare III-V, II-VI dhe materialeve të tjera gjysmëpërçuese me përbërje molekulare, janë zhvilluar gjithashtu shumë dhe janë bërë baza për shumicën e pajisjeve me mikrovalë, pajisjeve optoelektronike, energjisë. Është një teknologji procesi e domosdoshme për prodhimin e pajisjeve, veçanërisht aplikimi i suksesshëm i teknologjisë së epitaksisë së fazës së avullit me rreze molekulare dhe organike metalike në shtresa të holla, superrrjeta, puse kuantike, superrrjeta të tendosura dhe epitaksia me shtresa të holla në nivel atomik, e cila është një hap i ri në kërkimin e gjysmëpërçuesve. Zhvillimi i "inxhinierisë së rripit të energjisë" në këtë fushë ka hedhur një themel të fortë.

Në zbatimet praktike, pajisjet gjysmëpërçuese me gjerësi brezi pothuajse gjithmonë prodhohen në shtresën epitaksiale, dhe vetë pllaka e karbidit të silikonit shërben vetëm si substrat. Prandaj, kontrolli i shtresës epitaksiale është një pjesë e rëndësishme e industrisë së gjysmëpërçuesve me gjerësi brezi.

7 aftësi kryesore në teknologjinë epitaksi

1. Shtresat epitaksiale me rezistencë të lartë (të ulët) mund të rriten epitaksialisht në substrate me rezistencë të ulët (të lartë).
2. Shtresa epitaksiale e tipit N(P) mund të rritet epitaksialisht në substratin e tipit P(N) për të formuar drejtpërdrejt një kryqëzim PN. Nuk ka problem kompensimi kur përdoret metoda e difuzionit për të krijuar një kryqëzim PN në një substrat me një kristal të vetëm.
3. E kombinuar me teknologjinë e maskës, rritja selektive epitaksiale kryhet në zona të caktuara, duke krijuar kushte për prodhimin e qarqeve të integruara dhe pajisjeve me struktura të veçanta.
4. Lloji dhe përqendrimi i dopingut mund të ndryshohet sipas nevojave gjatë procesit të rritjes epitaksiale. Ndryshimi në përqendrim mund të jetë një ndryshim i menjëhershëm ose një ndryshim i ngadaltë.
5. Mund të rrisë komponime heterogjene, shumështresore, shumëkomponentëshe dhe shtresa ultra të holla me përbërës të ndryshueshëm.
6. Rritja epitaksiale mund të kryhet në një temperaturë më të ulët se pika e shkrirjes së materialit, shkalla e rritjes është e kontrollueshme dhe mund të arrihet rritje epitaksiale me trashësi në nivel atomik.
7. Mund të kultivojë materiale monokristalesh që nuk mund të tërhiqen, siç është GaN, shtresa monokristalesh të përbërjeve terciare dhe kuaternare, etj.