Báwo ni àwọn ìpele epitaxial ṣe ń ran àwọn ẹ̀rọ semiconductor lọ́wọ́?

Orísun orúkọ epitaxial wafer

Àkọ́kọ́, ẹ jẹ́ kí a gba èrò kékeré kan láyè: ìpèsè wafer ní àwọn ìjápọ̀ pàtàkì méjì: ìpèsè substrate àti ìlànà epitaxial. Substrate náà jẹ́ wafer tí a fi ohun èlò semiconductor kan ṣoṣo ṣe. Substrate náà lè wọ inú ilana ìṣelọ́pọ́ wafer tààrà láti ṣe àwọn ẹ̀rọ semiconductor, tàbí a lè ṣe é nípasẹ̀ àwọn ìlànà epitaxial láti ṣe àwọn wafer epitaxial. Epitaxy tọ́ka sí ìlànà gbígbin fẹlẹfẹlẹ tuntun ti kirisita kan ṣoṣo lórí substrate kristal kan ṣoṣo tí a ti ṣe pẹ̀lú ìṣọ́ra nípa gígé, lílọ, dídán, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Crystal kan ṣoṣo tuntun náà lè jẹ́ ohun èlò kan náà gẹ́gẹ́ bí substrate náà, tàbí ó lè jẹ́ ohun èlò mìíràn (homoneous) epitaxy tàbí heteroepitaxy). Nítorí pé ìpele kristali tuntun kan náà gùn sí i tí ó sì ń dàgbà gẹ́gẹ́ bí ìpele kristali ti substrate náà, a pè é ní ìpele epitaxial (nínípọn náà sábà máa ń jẹ́ microns díẹ̀, tí a bá wo silicon gẹ́gẹ́ bí àpẹẹrẹ: ìtumọ̀ ìdàgbàsókè epitaxial silicon wà lórí ìpele kristali silicon kan ṣoṣo pẹ̀lú ìpele kristali kan pàtó. Ìpele kristali kan pẹ̀lú ìdúróṣinṣin ìṣètò lattice tó dára àti ìdènà àti sisanra tó yàtọ̀ pẹ̀lú ìpele kristali kan náà bí substrate náà ṣe ń dàgbà), àti ìpele tí ó ní ìpele epitaxial ni a ń pè ní epitaxial wafer (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate). Nígbà tí a bá ṣe ẹ̀rọ náà lórí ìpele epitaxial, a ń pè é ní epitaxial rere. Tí a bá ṣe ẹ̀rọ náà lórí substrate, a ń pè é ní reverse epitaxy. Ní àkókò yìí, ìpele epitaxial nìkan ló ń ṣe ipa ìtìlẹ́yìn.

Wafer didan

Awọn ọna idagbasoke epitaxial

Ìlànà ìdàgbàsókè ìpele molecular beam (MBE): Ó jẹ́ ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè epitaxial semiconductor tí a ń ṣe lábẹ́ àwọn ipò ìfọ́mọ́ra gíga. Nínú ọ̀nà yìí, a máa ń tú ohun èlò orísun jáde ní ìrísí ìtànṣán àwọn átọ̀mù tàbí àwọn molecule, lẹ́yìn náà a ó gbé e sórí ohun èlò kristali kan. MBE jẹ́ ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè ìpele fíìmù semiconductor tí ó péye tí ó sì ṣeé ṣàkóso tí ó lè ṣàkóso sisanra àwọn ohun èlò tí a fi pamọ́ ní ìpele atomiki.
CVD onírin onírin (MOCVD): Nínú ìlànà MOCVD, a máa ń pèsè gaasi onírin onírin àti hydride gaasi N tí ó ní àwọn èròjà tí a nílò sí substrate ní ìwọ̀n otútù tí ó yẹ, a máa ń ṣe ìhùwàsí kẹ́míkà láti mú ohun èlò semiconductor tí a nílò jáde, a sì máa ń gbé e sórí substrate náà lórí, nígbà tí a bá ń tú àwọn èròjà àti àwọn ọjà ìhùwàsí tí ó kù jáde.
Ìpele Afẹ́fẹ́ Epitaxy (VPE): Ìpele Afẹ́fẹ́ Epitaxy jẹ́ ìmọ̀-ẹ̀rọ pàtàkì tí a sábà máa ń lò nínú ṣíṣe àwọn ẹ̀rọ semikondokito. Ìlànà pàtàkì ni láti gbé ìgbóná àwọn ohun èlò tàbí àwọn èròjà inú gaasi agbérù, kí a sì fi àwọn kirisita sí orí ilẹ̀ náà nípasẹ̀ àwọn ìṣesí kẹ́míkà.

Àwọn ìṣòro wo ni ìlànà epitaxy yanjú?

Àwọn ohun èlò kirisita onípele kan ṣoṣo nìkan kò lè bójútó àìní tí ń pọ̀ sí i ti ṣíṣe onírúurú ẹ̀rọ semikondokito. Nítorí náà, ìdàgbàsókè epitaxial, ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè kirisita onípele kan, ni a ṣe ní ìparí ọdún 1959. Nítorí náà, kí ni ipa pàtó tí ìmọ̀ ẹ̀rọ epitaxy ní sí ìdàgbàsókè àwọn ohun èlò?

Fún silicon, nígbà tí ìmọ̀ ẹ̀rọ ìdàgbàsókè epitaxial silicon bẹ̀rẹ̀, ó jẹ́ àkókò líle gan-an fún ìṣẹ̀dá àwọn transistors silicon high-frequency àti high-power. Láti ojú ìwòye àwọn ìlànà transistor, láti gba agbára gíga àti agbára gíga, folti ìfọ́ ti agbègbè ìkójọ gbọ́dọ̀ ga àti resistance jara gbọ́dọ̀ jẹ́ kékeré, ìyẹn ni pé, ìfàsẹ́yìn folti saturation gbọ́dọ̀ jẹ́ kékeré. Èyí àkọ́kọ́ béèrè pé resistance ohun èlò ní agbègbè ìkójọ gbọ́dọ̀ ga, nígbà tí èyí kejì béèrè pé resistance ohun èlò ní agbègbè ìkójọ gbọ́dọ̀ jẹ́ kékeré. Àwọn agbègbè méjèèjì lòdì sí ara wọn. Tí a bá dín sisanra ohun èlò ní agbègbè ìkójọ kù láti dín resistance jara kù, wafer silicon yóò tinrin jù àti pé ó le koko jù láti ṣe iṣẹ́. Tí resistance ohun èlò náà bá dínkù, yóò tako ohun tí a béèrè fún àkọ́kọ́. Síbẹ̀síbẹ̀, ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ epitaxial ti ṣe àṣeyọrí. yanjú ìṣòro yìí.

Ojutu: Dagbasoke fẹlẹfẹlẹ epitaxial giga ti o ni resistance to ga julọ lori ipilẹ ti o ni resistance to kere pupọ, ki o si ṣe ẹrọ naa lori fẹlẹfẹlẹ epitaxial. Ipele epitaxial giga ti o ni resistance to ga yii rii daju pe tube naa ni foliteji fifọ to ga, lakoko ti ipilẹ ti o ni resistance to kere O tun dinku resistance ti ipilẹ, nitorinaa dinku idinku foliteji saturation, nitorinaa yanju ilodisi laarin awọn mejeeji.

Ni afikun, awọn imọ-ẹrọ epitaxy gẹgẹbi vapor phase epitaxy ati liquid phase epitaxy ti GaAs ati awọn ohun elo semiconductor miiran ti III-V, II-VI ati awọn ohun elo semiconductor miiran ti ni idagbasoke pupọ ati pe wọn ti di ipilẹ fun ọpọlọpọ awọn ẹrọ makirowefu, awọn ẹrọ optoelectronic, agbara O jẹ imọ-ẹrọ ilana pataki fun iṣelọpọ awọn ẹrọ, paapaa lilo aṣeyọri ti imo-ẹrọ molecular beam ati metal organic vapor phase epitaxy ni awọn fẹlẹfẹlẹ tinrin, superlattices, awọn iho quantum, awọn superlattices ti a ti strained, ati awọn epitaxy tinrin-layer tinrin-level atomiki, eyiti o jẹ igbesẹ tuntun ninu iwadii semiconductor. Idagbasoke ti "imọ-ẹrọ belt energy" ni aaye ti fi ipilẹ to lagbara lelẹ.

Nínú àwọn ohun èlò tó wúlò, a máa ń ṣe àwọn ẹ̀rọ semiconductor onípele-bandgap lórí ìpele epitaxial, àti pé silicon carbide wafer fúnra rẹ̀ nìkan ló ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí substrate. Nítorí náà, ìṣàkóso ìpele epitaxial jẹ́ apá pàtàkì nínú iṣẹ́ semiconductor onípele-bandgap.

Awọn ọgbọn pataki meje ninu imọ-ẹrọ epitaxy

1. Àwọn ìpele epitaxial resistance gíga (kekere) le dàgbàsókè ní epitaxial lórí àwọn substrates resistance kékeré (giga).
2. A le gbin fẹlẹfẹlẹ epitaxial iru N (P) ni epitaxial lori ipilẹ iru P (N) lati ṣẹda isopọ PN taara. Ko si iṣoro isanpada nigbati a ba lo ọna itankale lati ṣe isopọ PN lori ipilẹ kristali kan ṣoṣo.
3. Ní ìdàpọ̀ pẹ̀lú ìmọ̀ ẹ̀rọ ìbòjú, a máa ń ṣe ìdàgbàsókè epitaxial yíyàn ní àwọn agbègbè tí a yàn, èyí tí ó ń ṣẹ̀dá àwọn ipò fún ṣíṣe àwọn àyíká àti àwọn ẹ̀rọ tí a ti so pọ̀ mọ́ àwọn ètò pàtàkì.
4. Iru ati ifọkansi ti doping le yipada ni ibamu si awọn aini lakoko ilana idagbasoke epitaxial. Iyipada ninu ifọkansi le jẹ iyipada lojiji tabi iyipada laiyara.
5. Ó lè gbin àwọn àdàpọ̀ onírúurú, onípele púpọ̀, onípele púpọ̀ àti àwọn ìpele tín-tín pẹ̀lú àwọn èròjà oníyípadà.
6. A le ṣe idagbasoke epitaxial ni iwọn otutu ti o kere ju aaye yo ti ohun elo naa lọ, oṣuwọn idagbasoke jẹ iṣakoso, ati idagbasoke epitaxial ti sisanra ipele atomiki le ṣee ṣe.
7. Ó lè gbin àwọn ohun èlò kirisita kan ṣoṣo tí a kò lè fà, bíi GaN, àwọn ìpele kirisita kan ṣoṣo ti àwọn àdàpọ̀ tertiary àti quaternary, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ.