Зошто полупроводничките уреди бараат „епитаксијален слој“

Потекло на името „Епитаксијална нафора“

Подготовката на нафора се состои од два главни чекори: подготовка на подлогата и епитаксијален процес. Подлогата е направена од полупроводнички еднокристален материјал и вообичаено се обработува за производство на полупроводнички уреди. Исто така, може да претрпи епитаксијална обработка за да формира епитаксијална нафора. Епитаксијата се однесува на процес на одгледување на нов слој со еден кристал на внимателно обработена еднокристална подлога. Новиот еднокристал може да биде од ист материјал како подлогата (хомогена епитаксија) или различен материјал (хетерогена епитаксија). Бидејќи новиот кристален слој расте во согласност со кристалната ориентација на подлогата, тој се нарекува епитаксијален слој. Нафората со епитаксијален слој се нарекува епитаксијална обланда (епитаксијална обланда = епитаксијален слој + подлога). Уредите направени на епитаксијалниот слој се нарекуваат „напред епитаксија“, додека уредите направени на подлогата се нарекуваат „обратна епитаксија“, каде што епитаксиалниот слој служи само како потпора.

Хомогена и хетерогена епитаксија

▪Хомогена епитаксија:Епитаксијалниот слој и подлогата се направени од ист материјал: на пр., Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.

▪Хетерогена епитаксија:Епитаксијалниот слој и подлогата се направени од различни материјали: на пример, Si/Al2O3, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC итн.

Полирани наполитанки

Кои проблеми ги решава епитаксиите?

Самите масовни еднокристални материјали не се доволни за да се задоволат сè покомплексните барања за производство на полупроводнички уреди. Затоа, кон крајот на 1959 година, беше развиена техниката на раст на тенок еднокристален материјал, позната како епитаксија. Но, како епитаксијалната технологија конкретно помогна во унапредувањето на материјалите? За силиконот, развојот на силиконската епитаксија се случи во критично време кога производството на високофреквентни силиконски транзистори со висока моќност се соочи со значителни тешкотии. Од гледна точка на принципите на транзистор, за постигнување висока фреквенција и моќност потребно е пробивниот напон на колекторскиот регион да биде висок, а серискиот отпор да биде низок, што значи дека напонот на заситување треба да биде мал. Првата бара висока отпорност во колекторскиот материјал, додека втората бара мала отпорност, што создава контрадикторност. Намалувањето на дебелината на колекторскиот регион за да се намали серискиот отпор ќе ја направи силиконската обланда премногу тенка и кревка за обработка, а намалувањето на отпорноста би било во спротивност со првото барање. Развојот на епитаксијалната технологија успешно го реши ова прашање. Решението беше да се развие епитаксијален слој со висока отпорност на подлога со низок отпор. Уредот е изработен на епитаксијалниот слој, обезбедувајќи висок пробивен напон на транзисторот, додека подлогата со низок отпор го намалува отпорот на базата и го намалува напонот на заситеност, со што се решава противречноста помеѓу двете барања.

Дополнително, епитаксиалните технологии за III-V и II-VI сложени полупроводници како што се GaAs, GaN и други, вклучително и парна фаза и епитаксијата во течна фаза, забележаа значителен напредок. Овие технологии станаа суштински за производство на многу микробранови, оптоелектронски и уреди за напојување. Особено, техниките како епитаксија со молекуларен сноп (MBE) и метално-органско хемиско таложење на пареа (MOCVD) се успешно применети на тенки слоеви, суперрешетки, квантни бунари, затегнати суперрешетки и тенки епитаксијални слоеви во атомски размери, поставувајќи цврста основа за развојот на нови полиња за полупроводници како што е „инженерството на бендови“.

Во практична примена, повеќето полупроводнички уреди со широк појас се изработуваат на епитаксијални слоеви, при што материјалите како силициум карбид (SiC) се користат исклучиво како подлоги. Затоа, контролирањето на епитаксијалниот слој е критичен фактор во индустријата за полупроводници со широк опсег.

Технологија на епитаксија: Седум клучни карактеристики

1. Епитаксијата може да израсне слој со висока (или мала) отпорност на подлога со мала (или висока) отпорност.

2. Епитаксијата овозможува раст на епитаксијалните слоеви од типот N (или P) на подлогите од типот P (или N), директно формирајќи PN спој без проблеми со компензацијата што се јавуваат кога се користи дифузија за да се создаде PN спој на една кристална подлога.

3. Кога се комбинира со технологијата за маски, селективен епитаксијален раст може да се изврши во одредени области, што овозможува изработка на интегрирани кола и уреди со посебни структури.

4. Епитаксијалниот раст овозможува контрола на типовите и концентрациите на допинг, со способност да се постигнат нагли или постепени промени во концентрацијата.

5. Епитаксијата може да расте хетерогени, повеќеслојни, повеќекомпонентни соединенија со променливи состави, вклучувајќи ултра тенки слоеви.

6. Епитаксијалниот раст може да се случи на температури под точката на топење на материјалот, со контролирана стапка на раст, што овозможува прецизност на атомско ниво во дебелината на слојот.

7. Епитаксијата овозможува раст на еднокристални слоеви на материјали кои не можат да се влечат во кристали, како што се GaN и тројни/кватернерни сложени полупроводници.

Различни епитаксијални слоеви и епитаксијални процеси

Накратко, епитаксијалните слоеви нудат полесно контролирана и совршена кристална структура од рефусните подлоги, што е корисно за развој на напредни материјали.