Je, tabaka za epitaxial husaidia vipi vifaa vya nusu-sekondi?

Asili ya jina epitaxial wafer

Kwanza, hebu tufahamishe dhana ndogo: utayarishaji wa wafer unajumuisha viungo viwili vikuu: utayarishaji wa substrate na mchakato wa epitaxial. Substrate ni wafer iliyotengenezwa kwa nyenzo ya semiconductor single fuwele. Substrate inaweza kuingia moja kwa moja katika mchakato wa utengenezaji wa wafer ili kutoa vifaa vya semiconductor, au inaweza kusindika kwa michakato ya epitaxial ili kutoa wafers za epitaxial. Epitaxy inarejelea mchakato wa kukuza safu mpya ya fuwele moja kwenye substrate moja ya fuwele ambayo imesindikwa kwa uangalifu kwa kukata, kusaga, kung'arisha, n.k. Fuwele mpya moja inaweza kuwa nyenzo sawa na substrate, au inaweza kuwa nyenzo tofauti (homogeneous) epitaxy au heteroepitaxy). Kwa sababu safu mpya ya fuwele hupanuka na kukua kulingana na awamu ya fuwele ya substrate, inaitwa safu ya epitaxial (unene kwa kawaida huwa mikroni chache, kwa kuchukua silicon kama mfano: maana ya ukuaji wa epitaxial ya silicon iko kwenye substrate ya fuwele moja ya silicon yenye mwelekeo fulani wa fuwele. Safu ya fuwele yenye uadilifu mzuri wa muundo wa kimiani na upinzani na unene tofauti wenye mwelekeo sawa wa fuwele kama substrate inavyokua), na substrate yenye safu ya epitaxial inaitwa wafer ya epitaxial (wafer ya epitaxial = safu ya epitaxial + substrate). Kifaa kinapotengenezwa kwenye safu ya epitaxial, kinaitwa epitaxial chanya. Ikiwa kifaa kimetengenezwa kwenye substrate, kinaitwa reverse epitaxy. Kwa wakati huu, safu ya epitaxial ina jukumu la kusaidia tu.

Kaki iliyosuguliwa

Mbinu za ukuaji wa epitaxial

Epitaksi ya boriti ya molekuli (MBE): Ni teknolojia ya ukuaji wa epitaksi ya semiconductor inayofanywa chini ya hali ya juu sana ya utupu. Katika mbinu hii, nyenzo chanzo huvukizwa katika umbo la boriti ya atomi au molekuli na kisha kuwekwa kwenye substrate ya fuwele. MBE ni teknolojia sahihi sana na inayoweza kudhibitiwa ya ukuaji wa filamu nyembamba ya semiconductor ambayo inaweza kudhibiti kwa usahihi unene wa nyenzo zilizowekwa katika kiwango cha atomiki.
CVD ya kikaboni ya Metali (MOCVD): Katika mchakato wa MOCVD, gesi ya kikaboni ya metali na hidridi, gesi ya N iliyo na vipengele vinavyohitajika hutolewa kwenye substrate kwa halijoto inayofaa, hupitia mmenyuko wa kemikali ili kutoa nyenzo za nusu-semiconductor zinazohitajika, na huwekwa kwenye substrate, huku misombo iliyobaki na bidhaa za mmenyuko zikitolewa.
Epitaksi ya awamu ya mvuke (VPE): Epitaksi ya awamu ya mvuke ni teknolojia muhimu inayotumika sana katika utengenezaji wa vifaa vya nusu nusu. Kanuni ya msingi ni kusafirisha mvuke wa vitu vya elementi au misombo katika gesi inayobeba, na kuweka fuwele kwenye substrate kupitia athari za kemikali.

Ni matatizo gani ambayo mchakato wa epitaxy hutatua?

Ni nyenzo za fuwele moja zenye wingi pekee ndizo haziwezi kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya utengenezaji wa vifaa mbalimbali vya nusu-semiconductor. Kwa hivyo, ukuaji wa epitaxial, teknolojia ya ukuaji wa nyenzo za fuwele moja yenye safu nyembamba, ilitengenezwa mwishoni mwa 1959. Kwa hivyo teknolojia ya epitaxy ina mchango gani maalum katika maendeleo ya vifaa?

Kwa silicon, teknolojia ya ukuaji wa epitaxial ya silicon ilipoanza, ilikuwa wakati mgumu sana kwa utengenezaji wa transistors za silicon zenye masafa ya juu na nguvu ya juu. Kwa mtazamo wa kanuni za transistors, ili kupata masafa ya juu na nguvu ya juu, voltage ya kuvunjika kwa eneo la mkusanyaji lazima iwe juu na upinzani wa mfululizo lazima uwe mdogo, yaani, kushuka kwa voltage ya kueneza lazima iwe ndogo. Ya kwanza inahitaji kwamba upinzani wa nyenzo katika eneo la kukusanya unapaswa kuwa juu, huku ya mwisho ikihitaji kwamba upinzani wa nyenzo katika eneo la kukusanya unapaswa kuwa chini. Mikoa hiyo miwili inapingana. Ikiwa unene wa nyenzo katika eneo la mkusanyaji utapunguzwa ili kupunguza upinzani wa mfululizo, kaki ya silicon itakuwa nyembamba sana na dhaifu kusindika. Ikiwa upinzani wa nyenzo utapunguzwa, utapingana na hitaji la kwanza. Hata hivyo, maendeleo ya teknolojia ya epitaxial yamefanikiwa. Ilitatua ugumu huu.

Suluhisho: Panda safu ya epitaxial yenye upinzani mkubwa kwenye substrate yenye upinzani mdogo sana, na utengeneze kifaa kwenye safu ya epitaxial. Safu hii ya epitaxial yenye upinzani mkubwa inahakikisha kwamba bomba lina voltage ya kuvunjika kwa kiwango cha juu, huku substrate yenye upinzani mdogo Pia hupunguza upinzani wa substrate, na hivyo kupunguza kushuka kwa voltage ya kueneza, na hivyo kutatua utata kati ya hizo mbili.

Kwa kuongezea, teknolojia za epitaksi kama vile epitaksi ya awamu ya mvuke na epitaksi ya awamu ya kioevu ya GaAs na vifaa vingine vya semiconductor vya kiwanja cha III-V, II-VI na molekuli pia vimeendelezwa sana na vimekuwa msingi wa vifaa vingi vya microwave, vifaa vya optoelectronic, nguvu. Ni teknolojia ya mchakato muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa vifaa, hasa matumizi ya mafanikio ya teknolojia ya epitaksi ya boriti ya molekuli na metali ya kikaboni ya epitaksi ya awamu ya mvuke katika tabaka nyembamba, superlattisi, visima vya quantum, superlattisi zilizochujwa, na epitaksi ya safu nyembamba ya kiwango cha atomiki, ambayo ni hatua mpya katika utafiti wa semiconductor. Maendeleo ya "uhandisi wa ukanda wa nishati" katika uwanja huo yameweka msingi imara.

Katika matumizi ya vitendo, vifaa vya semiconductor vya bendi pana karibu kila mara hutengenezwa kwenye safu ya epitaxial, na kaki ya kabidi ya silikoni yenyewe hutumika tu kama substrate. Kwa hivyo, udhibiti wa safu ya epitaxial ni sehemu muhimu ya tasnia ya semiconductor ya bendi pana.

Ujuzi 7 muhimu katika teknolojia ya epitaxy

1. Tabaka za epitaxial zenye upinzani wa juu (chini) zinaweza kupandwa kwa njia ya epitaxial kwenye substrates zenye upinzani wa chini (juu).
2. Safu ya epitaxial ya aina ya N (P) inaweza kupandwa kwa njia ya epitaxial kwenye substrate ya aina ya P (N) ili kuunda makutano ya PN moja kwa moja. Hakuna tatizo la fidia wakati wa kutumia njia ya uenezaji kutengeneza makutano ya PN kwenye substrate moja ya fuwele.
3. Pamoja na teknolojia ya barakoa, ukuaji teule wa epitaxial hufanywa katika maeneo yaliyotengwa, na kuunda mazingira ya uzalishaji wa saketi zilizounganishwa na vifaa vyenye miundo maalum.
4. Aina na mkusanyiko wa doping unaweza kubadilishwa kulingana na mahitaji wakati wa mchakato wa ukuaji wa epitaxial. Mabadiliko katika mkusanyiko yanaweza kuwa mabadiliko ya ghafla au mabadiliko ya polepole.
5. Inaweza kukuza misombo isiyo ya kawaida, yenye tabaka nyingi, yenye vipengele vingi na tabaka nyembamba sana zenye vipengele vinavyobadilika.
6. Ukuaji wa epitaxial unaweza kufanywa kwa halijoto ya chini kuliko kiwango cha kuyeyuka kwa nyenzo, kiwango cha ukuaji kinaweza kudhibitiwa, na ukuaji wa epitaxial wa unene wa kiwango cha atomiki unaweza kupatikana.
7. Inaweza kukuza nyenzo za fuwele moja ambazo haziwezi kuvutwa, kama vile GaN, tabaka moja za fuwele za misombo ya tatu na ya quaternary, n.k.