Mengapa Peranti Semikonduktor Memerlukan Lapisan Epitaxial?

Beberapa berita menunjukkan bahawa syarikat berteknologi tinggi di negara tertentu telah membangunkan jenis bahan substrat baharu yang sepadan dengan kekisi GaN dan boleh mengembangkan GaN dengan baik. (Nota: Sangat sukar untuk disediakanKristal tunggal pukal GaN, jadi GaN yang disebut di sini adalah lapisan epitaxial, dan mendedahkan salah satu makna kewujudan lapisan epitaxial. Kemudian mengapa terdapat perbezaan antara substrat dan lapisan epitaxial? Apakah kepentingan kewujudan lapisan epitaxial?

Asal Usul Wafer Epitaxial

Penyediaan wafer termasuk dua pautan utama: penyediaan substrat dan proses epitaxial. Substrat adalah wafer yang diperbuat daripada bahan kristal tunggal semikonduktor. Substrat boleh terus memasuki proses pembuatan wafer untuk menghasilkan peranti semikonduktor; juga ia boleh diproses dengan pemprosesan epitaxial untuk menghasilkan wafer epitaxial. Epitaksi merujuk kepada proses mengembangkan kristal tunggal baru pada substrat kristal tunggal yang telah diproses dengan teliti dengan memotong, mengisar, menggilap, dll.

Bahan kristal tunggal baru dan substrat boleh sama atau berbeza (epitaksi homogen atau epitaksi heterogen). Kerana lapisan kristal tunggal baru tumbuh mengikut fasa kristal substrat, ia dipanggil lapisan epitaxial (ketebalan biasanya beberapa mikron, mengambil silikon sebagai contoh: maksud pertumbuhan epitaxial silikon adalah pada substrat kristal tunggal silikon. dengan orientasi kristal tertentu Tumbuhkan lapisan kristal dengan orientasi kristal yang sama dan ketebalan berbeza struktur kekisi kristal dan integriti yang baik), dan substrat dengan lapisan epitaxial dipanggil wafer epitaxial (epitaxial wafer = lapisan epitaxial + substrat) . Peranti yang dibuat pada lapisan epitaksi adalah epitaksi positif. Jika peranti dibuat pada substrat, ia dipanggil epitaxial terbalik, dan lapisan epitaxial hanya memainkan peranan sokongan.

Epitaksi Homogen & Epitaksi Heterogen

Apakah Masalah yang Diselesaikan oleh Lapisan Epitaxial?

Masalah:

Bahan kristal tunggal pukal sukar untuk memenuhi keperluan yang semakin meningkat bagi pelbagai peranti semikonduktor. Oleh itu, ia mempercepatkan pembangunan lapisan nipis pertumbuhan epitaxial bahan kristal tunggal. Jadi apakah kesan teknologi epitaxial terhadap kemajuan bahan?

Untuk silikon, apabila teknologi pertumbuhan epitaxial silikon bermula, ia benar-benar masa yang silikon frekuensi tinggi dan transistor berkuasa tinggi sukar untuk dihasilkan. Dari perspektif prinsip transistor, untuk mendapatkan frekuensi tinggi dan kuasa tinggi, voltan pecahan kawasan pengumpul mestilah tinggi; rintangan siri mestilah kecil. Iaitu, penurunan tekanan tepu hendaklah kecil. Yang pertama memerlukan kerintangan elektrik yang tinggi bagi bahan di kawasan pengumpul, manakala yang kedua memerlukan kerintangan elektrik yang rendah bagi bahan. Kedua-duanya bercanggah antara satu sama lain. Mengurangkan ketebalan bahan kawasan pengumpul akan menjadikan rintangan siri berkurangan, tetapi wafer silikon akan menjadi terlalu nipis dan rapuh untuk diproses. Mengurangkan kerintangan bahan akan bercanggah dengan keperluan pertama. Jadi pembangunan teknologi epitaxial menyelesaikan kesukaran ini dengan jayanya.

Penyelesaian dengan proses epitaxial:

Tumbuh lapisan epitaxial dengan rintangan tinggi pada substrat dengan rintangan yang sangat rendah, dan buat peranti pada lapisan epitaxial, supaya lapisan epitaxial dengan rintangan tinggi memastikan voltan pecahan tinggi dalam tiub, manakala substrat rintangan rendah mengurangkan rintangan substrat, mengurangkan penurunan voltan tepu. Dengan itu, percanggahan antara keduanya diselesaikan.

Di samping itu, epitaksi fasa gas, epitaksi fasa cecair dan teknologi epitaksi lain GaAs dan bahan semikonduktor sebatian molekul lain seperti III-V, II-VI dan bahan semikonduktor sebatian molekul lain telah dibangunkan dengan baik, dan ia telah menjadi satu proses yang sangat diperlukan. teknologi untuk kebanyakan peranti gelombang mikro, peranti optoelektronik, peranti kuasa, dsb., terutamanya rasuk molekul dan epitaksi fasa wap organik logam dalam lapisan nipis, superlattices, telaga kuantum, superlattices tegang, dan filem nipis aras atom.

Dalam aplikasi, hampir semua peranti semikonduktor celah jalur lebar dibuat pada lapisan epitaxial, dan wafer silikon karbida itu sendiri hanya berfungsi sebagai substrat. Tambahan pula, kawalan lapisan epitaxial adalah bahagian penting dalam industri semikonduktor jurang jalur lebar.

7 Kemahiran Teknologi Epitaxial

1. Lapisan epitaxial rintangan tinggi (rendah) boleh ditanam secara epitaxial pada substrat rintangan rendah (tinggi).
2. Lapisan epitaxial jenis N(P) boleh ditanam secara epitaxial pada substrat jenis P(N) untuk terus membentuk simpang PN. Tiada masalah pampasan apabila membuat persimpangan PN pada substrat kristal tunggal dengan kaedah resapan.
3. Dalam kombinasi dengan teknologi topeng, pertumbuhan epitaxial dijalankan di kawasan yang ditetapkan, yang mewujudkan keadaan untuk pengeluaran litar bersepadu dan peranti dengan struktur khas.
4. Jenis dan kepekatan doping boleh diubah mengikut keperluan semasa proses pertumbuhan epitaxial. Perubahan kepekatan boleh berlaku secara mendadak atau perlahan.
5. Ia boleh tumbuh heterogen, berbilang lapisan, sebatian berbilang komponen dan lapisan ultra-nipis dengan komposisi berubah-ubah.
6. Pertumbuhan epitaxial boleh dilakukan pada suhu yang lebih rendah daripada takat lebur bahan, kadar pertumbuhan boleh dikawal, dan pertumbuhan epitaxial ketebalan skala atom dapat direalisasikan.
7. Adalah mungkin untuk mengembangkan bahan kristal tunggal yang tidak boleh dilukis, sepertiwafer GaN, lapisan kristal tunggal bagi sebatian tri- atau kuaternari, dsb.

Lapisan Epitaxial dan Proses Epitaxial

Dalam satu perkataan, lapisan epitaxial lebih mudah untuk mendapatkan struktur kristal yang sempurna dan terkawal daripada substrat, yang lebih kondusif untuk aplikasi dan pembangunan bahan.

Untuk maklumat lanjut, sila hubungi kami e-mel di[email protected] dan [email protected].