Einige Nachrichten deuten darauf hin, dass ein Hightech-Unternehmen in einem bestimmten Land eine neue Art von Substratmaterial entwickelt hat, das zum GaN-Gitter passt und GaN gut wachsen lässt. (Hinweis: Es ist sehr schwierig zuzubereitenGaN-Bulk-Einkristalle, also ist das hier erwähnte GaN eine Epitaxieschicht, und offenbart eine der Bedeutungen der Existenz von Epitaxieschichten. Warum gibt es dann einen Unterschied zwischen dem Substrat und der Epitaxieschicht? Welche Bedeutung hat die Existenz der Epitaxieschicht?

Der Ursprung des epitaktischen Wafers

Die Wafervorbereitung umfasst zwei Hauptglieder: Substratvorbereitung und Epitaxieprozess. Das Substrat ist ein Wafer aus Halbleiter-Einkristallmaterialien. Das Substrat kann direkt in den Waferherstellungsprozess eintreten, um Halbleiterbauelemente herzustellen; es kann auch durch epitaxiale Verarbeitung verarbeitet werden, um epitaxiale Wafer herzustellen. Epitaxie bezieht sich auf den Prozess des Züchtens eines neuen Einkristalls auf einem Einkristallsubstrat, das sorgfältig durch Schneiden, Schleifen, Polieren usw. bearbeitet wurde.

Das Material des neuen Einkristalls und des Substrats kann gleich oder unterschiedlich sein (homogene Epitaxie oder heterogene Epitaxie). Da die neue Einkristallschicht entsprechend der Kristallphase des Substrats wächst, wird sie als Epitaxieschicht bezeichnet (die Dicke beträgt normalerweise einige Mikrometer, am Beispiel von Silizium: Die Bedeutung des epitaktischen Wachstums von Silizium liegt auf einem Silizium-Einkristallsubstrat mit einer bestimmten Kristallorientierung Züchten einer Schicht von Kristallen mit der gleichen Kristallorientierung und unterschiedlicher Dicke der Kristallgitterstruktur und guter Integrität), und das Substrat mit der Epitaxieschicht wird als Epitaxiewafer bezeichnet (Epitaxiewafer = Epitaxieschicht + Substrat) . Die auf der Epitaxieschicht hergestellte Vorrichtung ist eine positive Epitaxie. Wenn die Vorrichtung auf dem Substrat hergestellt wird, spricht man von umgekehrter Epitaxie, und die Epitaxieschicht spielt nur eine unterstützende Rolle.

Homogene Epitaxie und heterogene Epitaxie

Welches Problem löst die Epitaxieschicht?

Problem:

Massen-Einkristallmaterialien sind schwierig, die wachsenden Anforderungen verschiedener Halbleitervorrichtungen zu erfüllen. Daher beschleunigt es die Entwicklung des epitaxialen Wachstums von Dünnschicht-Einkristallmaterial. Welche Auswirkungen hat die Epitaxietechnik also auf den Materialfortschritt?

Als die Silizium-Epitaxietechnologie begann, war es für Silizium wirklich eine Zeit, in der die Silizium-Hochfrequenz- und Hochleistungstransistoren schwierig herzustellen waren. Aus Sicht des Transistorprinzips muss die Durchbruchspannung des Kollektorbereichs hoch sein, um eine hohe Frequenz und eine hohe Leistung zu erhalten; Der Serienwiderstand muss klein sein. Das heißt, der Sättigungsdruckabfall sollte klein sein. Ersteres erfordert einen hohen elektrischen Widerstand von Materialien im Kollektorbereich, während letzteres einen niedrigen elektrischen Widerstand von Materialien erfordert. Die beiden widersprechen sich. Eine Verringerung der Dicke des Kollektorflächenmaterials führt zu einer Abnahme des Serienwiderstands, aber der Siliziumwafer wird zu dünn und zerbrechlich, um verarbeitet zu werden. Die Verringerung des spezifischen Widerstands des Materials widerspricht der ersten Anforderung. Die Entwicklung der Epitaxietechnologie löst diese Schwierigkeit also erfolgreich.

Lösung mit Epitaxieverfahren:

Wachsen Sie eine hochohmige Epitaxieschicht auf einem Substrat mit extrem niedrigem Widerstand und stellen Sie die Vorrichtung auf der Epitaxieschicht her, so dass die hochohmige Epitaxieschicht eine hohe Durchbruchspannung in der Röhre gewährleistet, während das niederohmige Substrat den Widerstand verringert des Substrats, wodurch der Sättigungsspannungsabfall verringert wird. Damit ist der Widerspruch zwischen beiden gelöst.

Darüber hinaus wurden die Gasphasenepitaxie, Flüssigphasenepitaxie und andere Epitaxietechnologien von GaAs und anderen molekularen Verbindungshalbleitermaterialien wie III-V-, II-VI- und anderen molekularen Verbindungshalbleitermaterialien stark entwickelt und sind zu einem unverzichtbaren Prozess geworden Technologie für die meisten Mikrowellengeräte, optoelektronischen Geräte, Leistungsgeräte usw., insbesondere Molekularstrahl- und metallorganische Dampfphasenepitaxie in dünnen Schichten, Übergittern, Quantentöpfen, verspannten Übergittern und dünnen Filmen auf atomarer Ebene.

In Anwendungen werden fast alle Halbleiterbauelemente mit breiter Bandlücke auf der Epitaxieschicht hergestellt, und der Siliziumkarbidwafer selbst dient nur als Substrat. Darüber hinaus ist die Steuerung der Epitaxieschicht ein wichtiger Teil der Halbleiterindustrie mit breiter Bandlücke.

7 Fähigkeiten der Epitaxie-Technologie

1. Eine Epitaxieschicht mit hohem (niedrigem) Widerstand kann epitaktisch auf einem Substrat mit niedrigem (hohem) Widerstand aufgewachsen werden.
2. Eine Epitaxialschicht vom N(P)-Typ kann epitaxial auf einem Substrat vom P(N)-Typ aufgewachsen werden, um direkt einen PN-Übergang zu bilden. Es gibt kein Kompensationsproblem, wenn ein PN-Übergang auf einem Einkristallsubstrat durch ein Diffusionsverfahren hergestellt wird.
3. In Kombination mit der Maskentechnologie wird das epitaktische Wachstum in dem dafür vorgesehenen Bereich durchgeführt, was Bedingungen für die Herstellung von integrierten Schaltungen und Vorrichtungen mit speziellen Strukturen schafft.
4. Die Art und Konzentration der Dotierung kann während des epitaktischen Wachstumsprozesses nach Bedarf geändert werden. Die Konzentrationsänderung kann abrupt oder langsam erfolgen.
5. Es können heterogene, mehrschichtige, mehrkomponentige Verbindungen und ultradünne Schichten mit variabler Zusammensetzung wachsen.
6. Das epitaxiale Wachstum kann bei einer Temperatur durchgeführt werden, die niedriger als der Schmelzpunkt des Materials ist, die Wachstumsrate ist steuerbar und das epitaxiale Wachstum der Dicke im atomaren Maßstab kann realisiert werden.
7. Es ist möglich, Einkristallmaterialien zu züchten, die nicht gezogen werden können, wie zGaN-Wafer, Einkristallschichten aus tri- oder quaternären Verbindungen usw.

Epitaxieschichten und Epitaxieprozesse

Mit anderen Worten, mit der Epitaxieschicht lässt sich leichter eine perfekte und kontrollierbare Kristallstruktur erzielen als mit dem Substrat, das der Anwendung und Entwicklung des Materials förderlicher ist.

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