Epitaksial gatlaklar ýarymgeçiriji enjamlara nähili kömek edýär?

Epitaksial wafer adynyň gelip çykyşy

Ilki bilen, kiçi bir düşünjäni giňden ýaýradalyň: wafer taýýarlamak iki esasy baglanyşygy öz içine alýar: substrat taýýarlamak we epitaksial proses. Substrat ýarymgeçiriji monokristal materialdan ýasalan waferdir. Substrat ýarymgeçiriji enjamlary öndürmek üçin wafer öndürmek prosesine gönüden-göni girip biler ýa-da epitaksial waferleri öndürmek üçin epitaksial prosesler arkaly işlenip bilner. Epitaksiýa, kesmek, üwemek, jylalamak we ş.m. arkaly üns bilen işlenen monokristal substratda monokristalyň täze gatlagyny ösdürmek prosesini aňladýar. Täze monokristal substrat bilen birmeňzeş material bolup biler ýa-da başga material (birmeňzeş) epitaksiýa ýa-da geteroepitaksiýa) bolup biler. Täze monokristal gatlagy substratyň kristal fazasyna görä uzalýandygy we ösýändigi üçin, oňa epitaksial gatlak diýilýär (galyňlygy adatça birnäçe mikron bolýar, mysal üçin kremniý: kremniýiň epitaksial ösüşiniň manysy belli bir kristal ugry bolan kremniýiň monokristal substratynda. Gowy tor gurluşynyň bitewüligine we substrat bilen bir kristal ugry bolan dürli garşylykly we galyň kristal gatlagy ösdürilýär), epitaksial gatlagy bolan substrata bolsa epitaksial wafer diýilýär (epitaksial wafer = epitaksial gatlak + substrat). Enjam epitaksial gatlakda ýasalanda, oňa oňyn epitaksia diýilýär. Eger enjam substratda ýasalan bolsa, oňa ters epitaksia diýilýär. Bu wagtda epitaksial gatlak diňe goldaw rolyny oýnaýar.

Jyllalanan gofret

Epitaksial ösüş usullary

Molekulýar şöhle epitaksiýasy (MBE): Bu örän ýokary wakuum şertlerinde ýerine ýetirilýän ýarymgeçiriji epitaksial ösüş tehnologiýasydyr. Bu usulda çeşme material atomlaryň ýa-da molekulalaryň şöhlesi görnüşinde bugarylýar we soňra kristal substratda ýerleşdirilýär. MBE atom derejesinde ýerleşdirilen materialyň galyňlygyny takyk gözegçilikde saklap bilýän örän takyk we dolandyrylyp bilýän ýarymgeçiriji inçe plýonka ösüş tehnologiýasydyr.
Metal organiki CVD (MOCVD): MOCVD prosesinde, zerur elementleri öz içine alýan organiki metal we gidrid gazy N gazy substrata degişli temperaturada berilýär, zerur ýarymgeçiriji materialy döretmek üçin himiki reaksiýa geçýär we substratda ýerleşdirilýär, galan birleşmeler we reaksiýa önümleri bolsa çykarylýar.
Bug fazasynyň epitaksiýasy (VPE): Bug fazasynyň epitaksiýasy ýarymgeçiriji enjamlaryň önümçiliginde giňden ulanylýan möhüm tehnologiýadyr. Esasy prinsipi daşaýjy gazda elementar maddalaryň ýa-da birleşmeleriň buguny daşamak we himiki reaksiýalar arkaly substratda kristallary ýerleşdirmekdir.

Epitaksiýa prosesi nähili meseleleri çözýär?

Diňe köpçülikleýin monokristal materiallar dürli ýarymgeçiriji enjamlary öndürmegiň artýan zerurlyklaryny kanagatlandyryp bilmeýär. Şonuň üçin, 1959-njy ýylyň ahyrynda inçe gatlakly monokristal material ösdürme tehnologiýasy bolan epitaksial ösüş işlenip düzüldi. Eýsem, epitaksial tehnologiýanyň materiallaryň ösüşine nähili aýratyn goşandy bar?

Kremniý üçin, kremniý epitaksial ösüş tehnologiýasy başlanda, kremniý ýokary ýygylykly we ýokary kuwwatly tranzistorlaryň önümçiligi üçin hakykatdanam kyn döwürdi. Tranzistor prinsipleriniň nukdaýnazaryndan, ýokary ýygylykly we ýokary kuwwatlylygy almak üçin kollektor meýdanynyň döwülme naprýaženiýesi ýokary we yzygiderli garşylyk kiçi bolmaly, ýagny doýgunlyk naprýaženiýesiniň düşüşi kiçi bolmaly. Birinjisi, ýygnaýjy meýdandaky materialyň garşylygynyň ýokary bolmagyny talap edýär, ikinjisi bolsa ýygnaýjy meýdandaky materialyň garşylygynyň pes bolmagyny talap edýär. Bu iki welaýat biri-birine gapma-garşylykly. Eger kollektor meýdanyndaky materialyň galyňlygy yzygiderli garşylygy azaltmak üçin azaldylsa, kremniý plastinasy işlenip bolmajak derejede inçe we ejiz bolar. Eger materialyň garşylygy azaldylsa, bu birinji talap bilen ters geler. Şeýle-de bolsa, epitaksial tehnologiýanyň ösüşi üstünlikli boldy. Bu kynçylygy çözdi.

Çözgüt: Örän pes garşylykly substratda ýokary garşylykly epitaksial gatlak ösdürip ýetişdiriň we enjamy epitaksial gatlakda ýasaň. Bu ýokary garşylykly epitaksial gatlak turbanyň ýokary döwülme naprýaženiýesine eýe bolmagyny üpjün edýär, pes garşylykly substrat bolsa substratyň garşylygyny hem azaldýar, şeýlelik bilen doýgunlyk naprýaženiýesiniň düşüşini azaldýar we şeýlelik bilen ikisiniň arasyndaky gapma-garşylygy çözýär.

Mundan başga-da, GaAs we beýleki III-V, II-VI we beýleki molekulýar birleşme ýarymgeçiriji materiallaryň bug fazaly epitaksiýasy we suwuk fazaly epitaksiýasy ýaly epitaksiýa tehnologiýalary hem uly ösüş gazandy we mikrotolkunly enjamlaryň, optoelektron enjamlaryň, energiýanyň esasyna öwrüldi. Bu enjamlaryň önümçiligi üçin, esasanam molekulýar şöhle we metal organiki bug fazaly epitaksiýa tehnologiýasynyň inçe gatlaklarda, supertorlarda, kwant guýularynda, dartgynly supertorlarda we atom derejesindäki inçe gatlakly epitaksiýada üstünlikli ulanylmagy üçin möhüm proses tehnologiýasy bolup, bu bolsa ýarymgeçiriji barlaglarynda täze ädimdir. Bu ugurda "energiýa guşak inženerçiliginiň" ösüşi berk binýady döretdi.

Amaly ulanylyşlarda giň zolakly ýarymgeçiriji enjamlar diýen ýaly hemişe epitaksial gatlakda ýasalýar we kremniý karbid plastinkasynyň özi diňe substrat bolup hyzmat edýär. Şonuň üçin epitaksial gatlagyň gözegçiligi giň zolakly ýarymgeçiriji senagatynda möhüm bölek bolup durýar.

Epitaksiýa tehnologiýasynda 7 esasy başarnyk

1. Ýokary (pes) garşylykly epitaksial gatlaklar pes (ýokary) garşylykly substratlarda epitaksial taýdan ösdürilip bilner.
2. N (P) görnüşli epitaksial gatlak P (N) görnüşli substratda epitaksial ösdürilip, PN birikmesini gönüden-göni emele getirip bilner. Diffuziýa usulyny ulanyp, bir kristall substratda PN birikmesini döredende kompensasiýa meselesi ýok.
3. Maska tehnologiýasy bilen utgaşdyrylyp, selektiw epitaksial ösüş bellenen ýerlerde amala aşyrylýar, bu bolsa integral mikrosxemalaryň we ýörite gurluşly enjamlaryň öndürilmegi üçin şertleri döredýär.
4. Dopingiň görnüşi we konsentrasiýasy epitaksial ösüş prosesinde zerurlyklara görä üýtgedilip bilner. Konsentrasiýanyň üýtgemegi birden üýtgeşiklik ýa-da haýal üýtgeşiklik bolup biler.
5. Ol dürli görnüşli, köp gatlakly, köp komponentli birleşmeleri we üýtgeýän komponentleri bolan örän inçe gatlaklary ösdürip bilýär.
6. Epitaksial ösüş materialyň ereme nokadyndan pes temperaturada amala aşyrylyp bilner, ösüş tizligi gözegçilikde saklanýar we atom derejesindäki galyňlygyň epitaksial ösüşini gazanyp bolýar.
7. Ol GaN ýaly çekilip bolmaýan monokristal materiallary, üçünji we dörtlük birleşmeleriň monokristal gatlaklaryny we ş.m. ösdürip bilýär.