Ինչու են կիսահաղորդչային սարքերը պահանջում «էպիտաքսիալ շերտ»

«Էպիտաքսիալ վաֆլի» անվան ծագումը

Վաֆլի պատրաստումը բաղկացած է երկու հիմնական փուլից՝ ենթաշերտի պատրաստում և էպիտաքսիալ գործընթաց։ Ենթաշերտը պատրաստված է կիսահաղորդչային մեկ բյուրեղյա նյութից և սովորաբար մշակվում է կիսահաղորդչային սարքեր արտադրելու համար: Այն կարող է նաև ենթարկվել էպիտաքսիալ մշակման՝ էպիտաքսիալ վաֆլի ձևավորման համար: Epitaxy-ը վերաբերում է խնամքով մշակված մեկ բյուրեղյա սուբստրատի վրա նոր մեկ բյուրեղյա շերտ աճեցնելու գործընթացին: Նոր միաբյուրեղը կարող է լինել նույն նյութից, ինչ ենթաշերտը (միատարր էպիտաքսիա) կամ այլ նյութից (տարասեռ էպիտաքսիա)։ Քանի որ նոր բյուրեղային շերտը աճում է սուբստրատի բյուրեղային կողմնորոշման հետ համահունչ, այն կոչվում է էպիտաքսիալ շերտ: Էպիտաքսիալ շերտով վաֆլան կոչվում է էպիտաքսիալ վաֆլի (էպիտաքսիալ վաֆլի = էպիտաքսիալ շերտ + սուբստրատ): Էպիտաքսիալ շերտի վրա ստեղծված սարքերը կոչվում են «առաջադիմություն», մինչդեռ ենթաշերտի վրա ստեղծված սարքերը կոչվում են «հակադարձ էպիտաքսիա», որտեղ էպիտաքսիալ շերտը ծառայում է միայն որպես հենարան:

Համասեռ և տարասեռ էպիտաքսիա

▪Համասեռ Epitaxy:Էպիտաքսիալ շերտը և ենթաշերտը պատրաստված են նույն նյութից, օրինակ՝ Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP:

▪Հետերոգեն էպիտաքսիա.Էպիտաքսիալ շերտը և ենթաշերտը պատրաստված են տարբեր նյութերից՝ օրինակ՝ Si/Al2O3, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC և այլն։

Ողորկ վաֆլիներ

Ի՞նչ խնդիրներ է լուծում էպիտաքսիան:

Միայնակ միայնակ բյուրեղյա նյութերը բավարար չեն կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության ավելի բարդ պահանջները բավարարելու համար: Հետևաբար, 1959-ի վերջին մշակվեց բարակ միաբյուրեղային նյութի աճի տեխնիկան, որը հայտնի է որպես էպիտաքսիա: Բայց ինչպե՞ս է epitaxial տեխնոլոգիան հատկապես օգնել նյութերի առաջխաղացմանը: Սիլիցիումի համար սիլիցիումային էպիտաքսիայի զարգացումը տեղի ունեցավ այն կրիտիկական ժամանակաշրջանում, երբ բարձր հաճախականությամբ, բարձր հզորության սիլիցիումային տրանզիստորների արտադրությունը զգալի դժվարությունների հանդիպեց: Տրանզիստորի սկզբունքների տեսանկյունից՝ բարձր հաճախականության և հզորության հասնելու համար պահանջվում է, որ կոլեկտորի շրջանի խզման լարումը լինի բարձր, իսկ շարքի դիմադրությունը՝ ցածր, ինչը նշանակում է, որ հագեցվածության լարումը պետք է փոքր լինի: Առաջինը պահանջում է բարձր դիմադրողականություն կոլեկտորային նյութում, իսկ երկրորդը պահանջում է ցածր դիմադրողականություն, ինչը հակասություն է ստեղծում: Սերիայի դիմադրությունը նվազեցնելու համար կոլեկցիոների տարածքի հաստությունը նվազեցնելը սիլիցիումային վաֆլը կդարձնի չափազանց բարակ և փխրուն մշակման համար, իսկ դիմադրողականության իջեցումը հակասում է առաջին պահանջին: Էպիտաքսիալ տեխնոլոգիայի զարգացումը հաջողությամբ լուծեց այս խնդիրը: Լուծումը ցածր դիմադրողականությամբ ենթաշերտի վրա բարձր դիմադրողականությամբ էպիտաքսիալ շերտ աճեցնելն էր: Սարքը պատրաստված է էպիտաքսիալ շերտի վրա՝ ապահովելով տրանզիստորի բարձր քայքայման լարումը, մինչդեռ ցածր դիմադրողականության ենթաշերտը նվազեցնում է բազայի դիմադրությունը և իջեցնում հագեցվածության լարումը, լուծելով երկու պահանջների միջև եղած հակասությունը:

Բացի այդ, III-V և II-VI բաղադրյալ կիսահաղորդիչների էպիտաքսիալ տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են GaAs-ը, GaN-ը և այլն, ներառյալ գոլորշի փուլը և հեղուկ փուլային էպիտաքսիան, զգալի առաջընթաց են գրանցել: Այս տեխնոլոգիաները դարձել են էական բազմաթիվ միկրոալիքային, օպտոէլեկտրոնային և էլեկտրական սարքերի արտադրության համար: Մասնավորապես, մեթոդները, ինչպիսիք են մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիան (MBE) և մետաղական օրգանական քիմիական գոլորշիների նստեցումը (MOCVD), հաջողությամբ կիրառվել են բարակ շերտերի, գերվանդակների, քվանտային հորերի, լարված գերվանդակների և ատոմային մասշտաբի բարակ էպիտաքսիալ շերտերի վրա՝ ամուր հիմք դնելով: նոր կիսահաղորդչային ոլորտների զարգացում, ինչպիսին է «խմբային ճարտարագիտությունը»:

Գործնական կիրառություններում լայն բացվածքով կիսահաղորդչային սարքերի մեծ մասը արտադրվում են էպիտաքսիալ շերտերի վրա, որտեղ նյութերը, ինչպիսիք են սիլիցիումի կարբիդը (SiC), օգտագործվում են բացառապես որպես ենթաշերտեր: Հետևաբար, էպիտաքսիալ շերտը վերահսկելը կարևոր գործոն է լայնաշերտ կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ:

Epitaxy տեխնոլոգիա. յոթ հիմնական առանձնահատկություններ

1. Էպիտաքսիան կարող է բարձր (կամ ցածր) դիմադրողականության շերտ աճեցնել ցածր (կամ բարձր) դիմադրողականությամբ սուբստրատի վրա:

2. Էպիտաքսիան թույլ է տալիս N (կամ P) տիպի էպիտաքսիալ շերտերի աճը P (կամ N) տիպի ենթաշերտերի վրա՝ ուղղակիորեն ձևավորելով PN հանգույց՝ առանց փոխհատուցման խնդիրների, որոնք առաջանում են մեկ բյուրեղյա սուբստրատի վրա PN հանգույց ստեղծելու ժամանակ դիֆուզիոն օգտագործելիս:

3. Դիմակի տեխնոլոգիայի հետ զուգակցվելու դեպքում ընտրովի էպիտաքսիալ աճը կարող է իրականացվել կոնկրետ հատվածներում՝ հնարավորություն տալով արտադրել ինտեգրալ սխեմաներ և հատուկ կառուցվածք ունեցող սարքեր:

4. Էպիտաքսիալ աճը թույլ է տալիս վերահսկել դոպինգի տեսակները և կոնցենտրացիաները՝ համակենտրոնացման կտրուկ կամ աստիճանական փոփոխությունների հասնելու ունակությամբ:

5. Էպիտաքսիում կարող են աճել տարասեռ, բազմաշերտ, բազմաբաղադրիչ միացություններ՝ փոփոխական բաղադրությամբ, այդ թվում՝ գերբարակ շերտերով:

6. Էպիտաքսիալ աճը կարող է տեղի ունենալ նյութի հալման կետից ցածր ջերմաստիճանում, վերահսկելի աճի տեմպերով, ինչը թույլ է տալիս ատոմային մակարդակի ճշգրտություն շերտի հաստության մեջ:

7. Էպիտաքսիան թույլ է տալիս աճել նյութերի միաբյուրեղային շերտեր, որոնք չեն կարող քաշվել բյուրեղների մեջ, ինչպիսիք են GaN-ը և եռյակ/չորրորդական բաղադրյալ կիսահաղորդիչները:

Տարբեր էպիտաքսիալ շերտեր և էպիտաքսիալ գործընթացներ

Ամփոփելով, էպիտաքսիալ շերտերն առաջարկում են ավելի հեշտությամբ կառավարվող և կատարյալ բյուրեղային կառուցվածք, քան զանգվածային ենթաշերտերը, ինչը օգտակար է առաջադեմ նյութերի մշակման համար: