Kumaha lapisan epitaksial ngabantosan alat semikonduktor?

Asal-usul ngaran wafer epitaksial

Mimitina, hayu urang populerkeun hiji konsép leutik: persiapan wafer ngawengku dua tautan utama: persiapan substrat sareng prosés epitaksial. Substrat nyaéta wafer anu didamel tina bahan kristal tunggal semikonduktor. Substrat tiasa langsung lebet kana prosés manufaktur wafer pikeun ngahasilkeun alat semikonduktor, atanapi tiasa diolah ku prosés epitaksial pikeun ngahasilkeun wafer epitaksial. Epitaksi nujul kana prosés numuwuhkeun lapisan kristal tunggal anyar dina substrat kristal tunggal anu parantos diolah sacara saksama ku cara motong, ngagiling, ngagosok, jsb. Kristal tunggal anyar tiasa janten bahan anu sami sareng substrat, atanapi tiasa janten bahan anu béda (homogen) epitaksi atanapi heteroepitaksi). Kusabab lapisan kristal tunggal anu anyar manjang sareng tumuwuh numutkeun fase kristal substrat, éta disebut lapisan epitaksial (ketebalanna biasana sababaraha mikron, nyandak silikon salaku conto: harti kamekaran epitaksial silikon aya dina substrat kristal tunggal silikon kalayan orientasi kristal anu tangtu. Lapisan kristal kalayan integritas struktur kisi anu saé sareng résistansitivitas sareng ketebalan anu béda kalayan orientasi kristal anu sami sareng substrat anu dipelak), sareng substrat kalayan lapisan epitaksial disebut wafer epitaksial (wafer epitaksial = lapisan epitaksial + substrat). Nalika alat didamel dina lapisan epitaksial, éta disebut epitaksi positif. Upami alat didamel dina substrat, éta disebut epitaksi tibalik. Dina waktos ieu, lapisan epitaksial ngan ukur maénkeun peran pendukung.

Wafer anu dipoles

Métode pertumbuhan epitaksial

Epitaksi sinar molekul (MBE): Ieu mangrupikeun téknologi pertumbuhan epitaksial semikonduktor anu dilakukeun dina kaayaan vakum ultra-luhur. Dina téknik ieu, bahan sumber diuapkeun dina bentuk sinar atom atanapi molekul teras diendapkeun dina substrat kristalin. MBE mangrupikeun téknologi pertumbuhan pilem ipis semikonduktor anu tepat pisan sareng tiasa dikontrol anu tiasa ngontrol ketebalan bahan anu diendapkeun dina tingkat atom sacara tepat.
CVD organik logam (MOCVD): Dina prosés MOCVD, logam organik sareng gas hidrida N2 anu ngandung unsur anu diperyogikeun disayogikeun ka substrat dina suhu anu pas, ngalaman réaksi kimia pikeun ngahasilkeun bahan semikonduktor anu diperyogikeun, teras diendapkeun dina substrat, sedengkeun sanyawa sareng produk réaksi sésana dikaluarkeun.
Epitaksis fase uap (VPE): Epitaksis fase uap mangrupikeun téknologi penting anu umumna dianggo dina produksi alat semikonduktor. Prinsip dasarna nyaéta pikeun ngangkut uap zat atanapi sanyawa unsur dina gas pembawa, sareng neundeun kristal dina substrat ngalangkungan réaksi kimia.

Masalah naon anu direngsekeun ku prosés epitaksi?

Ngan bahan kristal tunggal sacara massal anu teu tiasa nyumponan kabutuhan anu terus ningkat pikeun ngadamel rupa-rupa alat semikonduktor. Ku kituna, kamekaran epitaksial, téknologi kamekaran bahan kristal tunggal lapisan ipis, dikembangkeun dina ahir taun 1959. Janten naon kontribusi khusus téknologi epitaksi pikeun kamajuan bahan?

Pikeun silikon, nalika téknologi pertumbuhan epitaksial silikon dimimitian, éta mangrupikeun waktos anu sesah pikeun produksi transistor frékuénsi luhur sareng kakuatan luhur silikon. Tina sudut pandang prinsip transistor, pikeun kéngingkeun frékuénsi luhur sareng kakuatan luhur, tegangan breakdown daérah kolektor kedah luhur sareng résistansi séri kedah alit, nyaéta, turunna tegangan saturasi kedah alit. Anu kahiji ngabutuhkeun résistansi bahan dina daérah pangumpul kedah luhur, sedengkeun anu kadua ngabutuhkeun résistansi bahan dina daérah pangumpul kedah handap. Dua propinsi éta kontradiksi. Upami ketebalan bahan dina daérah kolektor dikirangan pikeun ngirangan résistansi séri, wafer silikon bakal ipis teuing sareng rapuh pikeun diprosés. Upami résistansi bahan dikirangan, éta bakal bertentangan sareng sarat anu munggaran. Nanging, pamekaran téknologi epitaksial parantos suksés. Ngarengsekeun kasusah ieu.

Solusi: Tumuwuhkeun lapisan epitaksial résistansi tinggi dina substrat résistansi anu handap pisan, teras jieun alatna dina lapisan epitaksial. Lapisan epitaksial résistansi tinggi ieu mastikeun yén tabung gaduh tegangan breakdown anu luhur, sedengkeun substrat résistansi rendah ogé ngirangan résistansi substrat, sahingga ngirangan turunna tegangan saturasi, sahingga ngarengsekeun kontradiksi antara dua.

Salian ti éta, téknologi epitaksi sapertos epitaksi fase uap sareng epitaksi fase cair GaAs sareng bahan semikonduktor sanyawa molekul III-V, II-VI sareng bahan semikonduktor sanyawa molekul sanésna ogé parantos dikembangkeun pisan sareng parantos janten dasar pikeun kalolobaan alat gelombang mikro, alat optoelektronik, kakuatan. Éta mangrupikeun téknologi prosés anu teu tiasa dipisahkeun pikeun produksi alat, khususna aplikasi téknologi epitaksi fase uap logam organik sareng sinar molekul anu suksés dina lapisan ipis, superkisi, sumur kuantum, superkisi anu tegang, sareng epitaksi lapisan ipis tingkat atom, anu mangrupikeun léngkah énggal dina panalungtikan semikonduktor. Kamekaran "rékayasa sabuk énergi" di lapangan parantos neundeun pondasi anu kuat.

Dina aplikasi praktis, alat semikonduktor celah pita lega ampir sok dijieun dina lapisan epitaksial, sareng wafer silikon karbida sorangan ngan ukur janten substrat. Ku alatan éta, kontrol lapisan epitaksial mangrupikeun bagian penting tina industri semikonduktor celah pita lega.

7 kaahlian utama dina téknologi epitaksi

1. Lapisan epitaksial résistansi luhur (handap) tiasa dipelak sacara epitaksial dina substrat résistansi handap (luhur).
2. Lapisan epitaksial tipe N (P) tiasa dipelak sacara epitaksial dina substrat tipe P (N) pikeun ngabentuk sambungan PN sacara langsung. Teu aya masalah kompensasi nalika nganggo metode difusi pikeun ngadamel sambungan PN dina substrat kristal tunggal.
3. Digabungkeun sareng téknologi topéng, kamekaran epitaksial selektif dilakukeun di daérah anu ditunjuk, nyiptakeun kaayaan pikeun produksi sirkuit terpadu sareng alat-alat kalayan struktur khusus.
4. Jenis sareng konsentrasi doping tiasa dirobih numutkeun kabutuhan salami prosés pertumbuhan epitaksial. Parobihan konsentrasi tiasa janten parobahan anu ujug-ujug atanapi parobahan anu laun.
5. Éta tiasa numuwuhkeun sanyawa hétérogén, multi-lapisan, multi-komponén sareng lapisan ultra-ipis kalayan komponén anu variabel.
6. Tumuwuhna epitaksial bisa dilaksanakeun dina suhu anu leuwih handap tibatan titik lebur bahan, laju tumuwuhna bisa dikontrol, sarta tumuwuhna epitaksial anu kandelna satingkat atom bisa kahontal.
7. Éta tiasa numuwuhkeun bahan kristal tunggal anu teu tiasa ditarik, sapertos GaN, lapisan kristal tunggal sanyawa tersier sareng kuaterner, jsb.