Эпитаксиаль катламнар ярымүткәргеч җайланмаларга ничек ярдәм итә?

Эпитаксиаль пластина исеменең килеп чыгышы

Башта, кечкенә бер төшенчәне популярлаштырыйк: пластина әзерләү ике төп звеноны үз эченә ала: субстрат әзерләү һәм эпитаксиаль процесс. Субстрат - ярымүткәргеч монокристалл материалдан ясалган пластина. Субстрат турыдан-туры пластина җитештерү процессына ярымүткәргеч җайланмалар җитештерү өчен керә ала, яисә эпитаксиаль пластиналар җитештерү өчен эпитаксиаль процесслар белән эшкәртелә ала. Эпитаксия - кисү, тарту, ялтырату һ.б. ярдәмендә җентекләп эшкәртелгән монокристалл субстратында монокристаллның яңа катламын үстерү процессын аңлата. Яңа монокристалл субстрат белән бер үк материал булырга мөмкин, яисә ул башка материал (гомоген), эпитаксиаль яки гетероэпитаксиаль булырга мөмкин. Яңа монокристалл катламы субстратның кристалл фазасына карап сузылган һәм үскәнлектән, ул эпитаксиаль катлам дип атала (калынлыгы гадәттә берничә микрон, мисал итеп кремнийны алыйк: кремний эпитаксиаль үсешенең мәгънәсе билгеле бер кристалл юнәлешенә ия булган кремний монокристалл субстратында. Яхшы решетка структурасы бөтенлеге булган һәм субстрат белән бер үк кристалл юнәлешенә ия булган төрле каршылык һәм калынлыктагы кристалл катламы үстерелә), ә эпитаксиаль катламлы субстрат эпитаксиаль пластина дип атала (эпитаксиаль пластина = эпитаксиаль катлам + субстрат). Җайланма эпитаксиаль катламда ясалганда, ул уңай эпитаксиаль дип атала. Әгәр җайланма субстратта ясалган булса, ул кире эпитаксиаль дип атала. Бу вакытта эпитаксиаль катлам бары тик ярдәм итү ролен генә уйный.

Ялтыратылган пластина

Эпитаксиаль үсеш ысуллары

Молекуляр нур эпитаксисы (MBE): Бу - ультра югары вакуум шартларында башкарыла торган ярымүткәргеч эпитаксиаль үсеш технологиясе. Бу техникада чыганак материал атомнар яки молекулалар нуры рәвешендә парга әйләндерелә, аннары кристалл субстратка урнаштырыла. MBE - бик төгәл һәм контрольдә тотыла торган ярымүткәргеч юка пленка үсеш технологиясе, ул атом дәрәҗәсендә урнаштырылган материалның калынлыгын төгәл контрольдә тота ала.
Металл-органик CVD (MOCVD): MOCVD процессында кирәкле элементларны үз эченә алган органик металл һәм гидрид газы N газы тиешле температурада субстратка бирелә, кирәкле ярымүткәргеч материалны булдыру өчен химик реакциягә керә һәм субстратка утыртыла, ә калган кушылмалар һәм реакция продуктлары чыгарыла.
Пар фазасы эпитаксисы (VPE): Пар фазасы эпитаксисы - ярымүткәргеч җайланмалар җитештерүдә еш кулланыла торган мөһим технология. Төп принцип - ташучы газдагы элементар матдәләр яки кушылмалар парын күчерү һәм химик реакцияләр аша субстратка кристаллар урнаштыру.

Эпитаксия процессы нинди проблемаларны хәл итә?

Төрле ярымүткәргеч җайланмалар җитештерүнең үсә барган ихтыяҗларын бары тик күпләп кулланыла торган монокристалл материаллар гына канәгатьләндерә алмый. Шуңа күрә, 1959 елның ахырында эпитаксиаль үсеш, юка катламлы монокристалл материал үстерү технологиясе, эшләнде. Димәк, эпитаксиаль технологиянең материаллар алга китүенә нинди аерым өлеше бар?

Кремний өчен, кремний эпитаксиаль үсеш технологиясе башланганда, кремний югары ешлыклы һәм югары куәтле транзисторлар җитештерү өчен чыннан да авыр чор иде. Транзистор принциплары ягыннан караганда, югары ешлыклы һәм югары куәтле транзисторлар алу өчен, коллектор өлкәсенең ватылу көчәнеше югары булырга һәм серияле каршылыгы кечкенә булырга тиеш, ягъни туендыру көчәнеше төшүе кечкенә булырга тиеш. Беренчесе җыю өлкәсендәге материалның каршылыгы югары булырга тиеш, ә икенчесе җыю өлкәсендәге материалның каршылыгы түбән булырга тиеш. Ике өлкә бер-берсенә каршы килә. Әгәр коллектор өлкәсендәге материалның калынлыгы серияле каршылыкны киметү өчен киметелсә, кремний пластинасы эшкәртү өчен бик нечкә һәм сынучан булачак. Әгәр материалның каршылыгы киметелсә, ул беренче таләпкә каршы киләчәк. Ләкин эпитаксиаль технология үсеше уңышлы булды. бу кыенлыкны хәл итте.

Чишелеш: Бик түбән каршылыклы субстратта югары каршылыклы эпитаксиаль катлам үстерегез һәм җайланманы эпитаксиаль катламга урнаштырыгыз. Бу югары каршылыклы эпитаксиаль катлам трубканың югары җимерелү көчәнеше булуын тәэмин итә, ә түбән каршылыклы субстрат шулай ук ​​субстратның каршылыгын киметә, шуның белән туендыру көчәнеше төшүен киметә, шуның белән икесе арасындагы каршылыкны хәл итә.

Моннан тыш, GaAs һәм башка III-V, II-VI һәм башка молекуляр кушылма ярымүткәргеч материалларның пар фазалы эпитаксиясе һәм сыек фазалы эпитаксиясе кебек эпитаксия технологияләре дә зур үсеш алды һәм күпчелек микродулкынлы җайланмалар, оптоэлектрон җайланмалар, электр җайланмалары өчен нигез булып торды. Бу җайланмалар җитештерү өчен алыштыргысыз процесс технологиясе, бигрәк тә молекуляр нур һәм металл органик пар фазалы эпитаксия технологиясен юка катламнарда, суперрәшәткәләрдә, квант коеларында, киеренке суперрәшәткәләрдә һәм атом дәрәҗәсендәге юка катламлы эпитаксиядә уңышлы куллану ярымүткәргеч тикшеренүләрендә яңа адым булып тора. Бу өлкәдә "энергия поясы инженериясе" үсеше ныклы нигез салды.

Гамәли кулланылышта, киң зоналы ярымүткәргеч җайланмалар һәрвакыт диярлек эпитаксиаль катламда ясала, ә кремний карбиды пластинасы үзе генә субстрат булып хезмәт итә. Шуңа күрә эпитаксиаль катламны контрольдә тоту киң зоналы ярымүткәргеч сәнәгатенең мөһим өлеше булып тора.

Эпитаксия технологиясендә 7 төп күнекмә

1. Югары (түбән) каршылыклы эпитаксиаль катламнарны түбән (югары) каршылыклы субстратларда эпитаксиаль рәвештә үстерергә мөмкин.
2. N (P) тибындагы эпитаксиаль катламны P (N) тибындагы субстратта эпитаксиаль рәвештә үстереп, турыдан-туры PN тоташуын барлыкка китерергә мөмкин. Монокристалл субстратта PN тоташуын ясау өчен диффузия ысулын кулланганда компенсация проблемасы юк.
3. Битлек технологиясе белән берлектә, сайлап эпитаксиаль үстерү билгеләнгән зоналарда башкарыла, бу интеграль схемалар һәм махсус структуралы җайланмалар җитештерү өчен шартлар тудыра.
4. Эпитаксиаль үсеш процессында допинг төре һәм концентрациясе ихтыяҗларга карап үзгәртелергә мөмкин. Концентрация үзгәреше кинәт үзгәреш яки әкрен үзгәреш булырга мөмкин.
5. Ул төрле компонентлы гетероген, күп катламлы, күп компонентлы кушылмалар һәм ультра-нечкә катламнар үстерә ала.
6. Эпитаксиаль үсеш материалның эрү ноктасыннан түбәнрәк температурада башкарылырга мөмкин, үсеш тизлеге контрольдә тотыла, һәм атом дәрәҗәсендәге калынлыктагы эпитаксиаль үсешкә ирешергә мөмкин.
7. Ул тартып булмый торган монокристалл материалларны, мәсәлән, GaN, өченчел һәм дүртенчел кушылмаларның монокристалл катламнарын һ.б. үстерә ала.