Hvorfor har halvlederenheder brug for epitaksialt lag?

Nogle nyheder indikerer, at en højteknologisk virksomhed i et bestemt land har udviklet en ny type substratmateriale, der matcher GaN-gitteret og kan vokse GaN godt. (Bemærk: Det er meget svært at forberedeGaN bulk enkeltkrystaller, så GaN nævnt her er epitaksiale lag, og afslører en af ​​betydningerne af eksistensen af ​​epitaksiale lag. Hvorfor er der så forskel på substratet og det epitaksiale lag? Hvad er betydningen af ​​eksistensen af ​​det epitaksiale lag?

Oprindelsen af ​​den epitaksiale wafer

Waferforberedelse omfatter to hovedled: substratforberedelse og epitaksial proces. Substratet er en wafer lavet af halvleder-enkrystalmaterialer. Substratet kan gå direkte ind i wafer-fremstillingsprocessen for at producere halvlederenheder; det kan også behandles ved epitaksial behandling til fremstilling af epitaksiale wafers. Epitaksi refererer til processen med at dyrke en ny enkelt krystal på et enkelt krystalsubstrat, der er blevet omhyggeligt behandlet ved skæring, slibning, polering osv.

Materialet af ny enkeltkrystal og substratet kan være det samme eller forskellige (homogen epitaksi eller heterogen epitaksi). Fordi det nye enkeltkrystallag vokser i overensstemmelse med substratets krystalfase, kaldes det et epitaksielt lag (tykkelsen er normalt et par mikrometer, idet silicium tages som eksempel: betydningen af ​​siliciumepitaksial vækst er på et siliciumenkeltkrystalsubstrat med en vis krystalorientering Dyrk et lag af krystaller med samme krystalorientering og forskellig tykkelse af krystalgitterstrukturen. god integritet), og substratet med det epitaksiale lag kaldes epitaksial wafer (epitaksial wafer = epitaksial lag + substrat). Enheden lavet på det epitaksiale lag er positiv epitaksi. Hvis enheden er lavet på underlaget, kaldes den omvendt epitaksial, og det epitaksiale lag spiller kun en understøttende rolle.

Homogen epitaksi og heterogen epitaksi

Hvilket problem løser det epitaksiale lag?

Problem:

Bulk enkeltkrystalmaterialer er vanskelige at opfylde de voksende behov for forskellige halvlederenheder. Derfor accelererer det udviklingen af ​​epitaksial vækst af tyndt lag enkeltkrystalmateriale. Så hvilke effekter har epitaksial teknologi på materialernes fremskridt?

For silicium, da silicium epitaksial vækstteknologi startede, var det virkelig en tid, hvor silicium højfrekvente og højeffekt transistorer er svære at fremstille. Fra transistorprincippets perspektiv skal kollektorområdets nedbrydningsspænding være høj for at opnå høj frekvens og høj effekt; seriemodstanden skal være lille. Det vil sige, at mætningstrykfaldet skal være lille. Førstnævnte kræver høj elektrisk resistivitet af materialer i kollektorområdet, mens sidstnævnte kræver lav elektrisk resistivitet af materialer. De to modsiger hinanden. Reduktion af tykkelsen af ​​opsamlerområdets materiale vil få seriemodstanden til at falde, men siliciumwaferen vil være for tynd og skrøbelig til at blive behandlet. Reduktion af materialets resistivitet vil modsige det første krav. Så udviklingen af ​​epitaksial teknologi løser denne vanskelighed med succes.

Løsning med epitaksial proces:

Dyrk et epitaksiallag med høj resistivitet på et substrat med ekstrem lav modstand, og fabrikér enheden på det epitaksiale lag, så det epitaksiale lag med høj resistivitet sikrer en høj gennembrudsspænding i røret, mens substratet med lav modstand reducerer modstanden af substratet, hvilket reducerer mætningsspændingsfaldet. Derved er modsætningen mellem de to løst.

Derudover er gasfase-epitaksi, væskefase-epitaksi og andre epitaksiteknologier af GaAs og andre molekylære sammensatte halvledermaterialer såsom III-V, II-VI og andre molekylære sammensatte halvledermaterialer blevet stærkt udviklet, og de er blevet en uundværlig proces teknologi til de fleste mikrobølgeenheder, optoelektroniske enheder, strømenheder osv., især molekylær stråle og metal organisk dampfase epitaksi i tynde lag, supergitter, kvantebrønde, spændte supergitter og tynde film på atomniveau.

I applikationer er næsten alle halvlederenheder med bred båndgab lavet på det epitaksiale lag, og selve siliciumcarbidwaferen tjener kun som substratet. Endvidere er kontrollen af ​​det epitaksiale lag en vigtig del af halvlederindustrien med brede båndgab.

7 færdigheder i epitaksial teknologi

1. Et epitaksialt lag med høj (lav) modstand kan dyrkes epitaksialt på et substrat med lav (høj) modstand.
2. Et epitaksialt lag af N(P)-typen kan dyrkes epitaksialt på et substrat af P(N)-typen til direkte at danne en PN-forbindelse. Der er intet problem med kompensation, når man laver en PN-forbindelse på et enkelt krystalsubstrat ved en diffusionsmetode.
3. I kombination med masketeknologi udføres den epitaksielle vækst i det udpegede område, hvilket skaber betingelser for produktion af integrerede kredsløb og enheder med specielle strukturer.
4. Typen og koncentrationen af ​​doping kan ændres efter behov under den epitaksiale vækstproces. Ændringen i koncentrationen kan være brat eller langsom.
5. Det kan vokse heterogent, multi-lag, multi-komponent sammensætning og ultra-tyndt lag med variabel sammensætning.
6. Den epitaksiale vækst kan udføres ved en temperatur, der er lavere end materialets smeltepunkt, væksthastigheden er kontrollerbar, og den epitaksiale vækst af atomskalatykkelsen kan realiseres.
7. Det er muligt at dyrke enkeltkrystalmaterialer, der ikke kan tegnes, som f.eksGaN wafer, enkeltkrystallag af tri- eller kvaternære forbindelser mv.

Epitaksiale lag og epitaksiale processer

Kort sagt, det epitaksiale lag er lettere at opnå en perfekt og kontrollerbar krystalstruktur end substratet, hvilket er mere befordrende for påføring og udvikling af materialet.

For mere information, kontakt os venligst e-mail på[email protected] og [email protected].