Порекло имена епитаксијална плочица
Прво, хајде да популаризујемо мали концепт: припрема плочице обухвата две главне везе: припрему подлоге и епитаксијални процес. Подлога је плочица направљена од полупроводничког монокристалног материјала. Подлога може директно ући у процес производње плочице за производњу полупроводничких уређаја или се може обрадити епитаксијалним процесима за производњу епитаксијалних плочица. Епитаксија се односи на процес узгоја новог слоја монокристала на монокристалној подлози која је пажљиво обрађена сечењем, брушењем, полирањем итд. Нови монокристал може бити од истог материјала као и подлога или може бити од другог материјала (хомогена епитаксија или хетероепитаксија). Пошто се нови слој монокристала протеже и расте у складу са кристалном фазом подлоге, назива се епитаксијални слој (дебљина је обично неколико микрона, узимајући силицијум као пример: значење епитаксијалног раста силицијума је на силицијумској монокристалној подлози са одређеном кристалном оријентацијом. Слој кристала са добрим интегритетом структуре решетке и различитом отпорношћу и дебљином са истом кристалном оријентацијом као и подлога се узгаја), а подлога са епитаксијалним слојем назива се епитаксијална плочица (епитаксијална плочица = епитаксијални слој + подлога). Када је уређај направљен на епитаксијалном слоју, то се назива позитивна епитаксија. Ако је уређај направљен на подлози, то се назива реверзна епитаксија. У овом тренутку, епитаксијални слој игра само помоћну улогу.
Полирани вафл
Епитаксијалне методе раста
Молекуларна епитаксија снопа (MBE): То је технологија епитаксијалног раста полупроводника која се изводи у условима ултрависоког вакуума. Код ове технике, изворни материјал се испарава у облику снопа атома или молекула, а затим се таложи на кристалну подлогу. MBE је веома прецизна и контролисана технологија раста танких филмова полупроводника која може прецизно да контролише дебљину наталоженог материјала на атомском нивоу.
Металоорганска CVD (MOCVD): У MOCVD процесу, органски метал и хидридни гас N2 који садржи потребне елементе доводе се на подлогу на одговарајућој температури, пролазе кроз хемијску реакцију да би се генерисао потребни полупроводнички материјал и таложе се на подлогу, док се преостала једињења и производи реакције испуштају.
Епитаксија у парној фази (VPE): Епитаксија у парној фази је важна технологија која се често користи у производњи полупроводничких уређаја. Основни принцип је транспорт паре елементарних супстанци или једињења у носачком гасу и таложење кристала на подлогу путем хемијских реакција.
Које проблеме решава процес епитаксе?
Само материјали од монокристала у расутом стању не могу да задовоље растуће потребе производње разних полупроводничких уређаја. Стога је крајем 1959. године развијен епитаксијални раст, технологија раста танкослојних монокристалних материјала. Дакле, какав конкретан допринос технологија епитаксија има унапређењу материјала?
За силицијум, када је почела технологија епитаксијалног раста силицијума, то је било заиста тешко време за производњу силицијумских високофреквентних и високоснажних транзистора. Са становишта принципа транзистора, да би се добила висока фреквенција и велика снага, пробојни напон колекторског подручја мора бити висок, а серијски отпор мора бити мали, односно пад напона засићења мора бити мали. Прво захтева да отпорност материјала у колекторском подручју буде висока, док друго захтева да отпорност материјала у колекторском подручју буде ниска. Ове две области су међусобно контрадикторне. Ако се дебљина материјала у колекторском подручју смањи да би се смањио серијски отпор, силицијумска плочица ће бити превише танка и крхка за обраду. Ако се смањи отпорност материјала, то ће бити у супротности са првим захтевом. Међутим, развој епитаксијалне технологије је успешно решио ову потешкоћу.
Решење: Узгајати епитаксијални слој високог отпора на подлози изузетно ниског отпора и направити уређај на епитаксијалном слоју. Овај епитаксијални слој високог отпора осигурава да цев има висок пробојни напон, док подлога ниског отпора такође смањује отпор подлоге, чиме се смањује пад напона засићења, чиме се решава контрадикција између њих двоје.
Поред тога, технологије епитаксе као што су епитаксија парне фазе и епитаксија течне фазе GaAs и других III-V, II-VI и других молекуларних једињења полупроводничких материјала такође су у великој мери развијене и постале су основа за већину микроталасних уређаја, оптоелектронских уређаја, напајања. То је неопходна процесна технологија за производњу уређаја, посебно успешна примена технологије молекуларног снопа и металоорганске епитаксе парне фазе у танким слојевима, суперрешеткама, квантним бунарима, напрегнутим суперрешеткама и епитаксија танког слоја на атомском нивоу, што је нови корак у истраживању полупроводника. Развој „инжењеринга енергетских појасева“ у овој области поставио је солидне темеље.
У практичним применама, полупроводнички уређаји са широким енергетским процепом се скоро увек праве на епитаксијалном слоју, а сама силицијум-карбидна плочица служи само као подлога. Стога је контрола епитаксијалног слоја важан део индустрије полупроводника са широким енергетским процепом.
7 главних вештина у технологији епитаксе
1. Епитаксијални слојеви високог (ниског) отпора могу се епитаксијално узгајати на подлогама ниског (високог) отпора.
2. Епитаксијални слој типа N (P) може се епитаксијално узгајати на подлози типа P (N) да би се директно формирао PN спој. Нема проблема са компензацијом када се користи метода дифузије за прављење PN споја на монокристалној подлози.
3. У комбинацији са технологијом маске, селективни епитаксијални раст се врши у одређеним областима, стварајући услове за производњу интегрисаних кола и уређаја са посебним структурама.
4. Врста и концентрација допинга могу се мењати према потребама током процеса епитаксијалног раста. Промена концентрације може бити нагла или спора промена.
5. Може да узгаја хетерогена, вишеслојна, вишекомпонентна једињења и ултратанке слојеве са променљивим компонентама.
6. Епитаксијални раст се може изводити на температури нижој од тачке топљења материјала, брзина раста је контролисана и може се постићи епитаксијални раст дебљине на атомском нивоу.
7. Може да узгаја монокристалне материјале који се не могу извући, као што су GaN, монокристални слојеви терцијарних и кватернарних једињења итд.
Време објаве: 13. мај 2024.