Vardo „epitaksinė plokštelė“ kilmė
Vaflių paruošimas susideda iš dviejų pagrindinių etapų: substrato paruošimo ir epitaksinio proceso. Pagrindas pagamintas iš puslaidininkinės monokristalinės medžiagos ir paprastai apdorojamas puslaidininkiniams įtaisams gaminti. Jis taip pat gali būti apdorojamas epitaksiniu būdu, kad susidarytų epitaksinė plokštelė. Epitaksija reiškia naujo vieno kristalo sluoksnio auginimą ant kruopščiai apdoroto monokristalinio substrato. Naujasis monokristalas gali būti iš tos pačios medžiagos kaip ir substratas (homogeninė epitaksija) arba iš kitos medžiagos (heterogeninė epitaksija). Kadangi naujasis kristalų sluoksnis auga kartu su substrato kristalų orientacija, jis vadinamas epitaksiniu sluoksniu. Plokštelė su epitaksiniu sluoksniu vadinama epitaksine plokštele (epitaksinė plokštelė = epitaksinis sluoksnis + substratas). Prietaisai, pagaminti ant epitaksinio sluoksnio, vadinami „priekine epitaksija“, o įrenginiai, pagaminti ant pagrindo, vadinami „atvirkštine epitaksija“, kai epitaksinis sluoksnis tarnauja tik kaip atrama.
Homogeninė ir heterogeninė epitaksija
▪Homogeninė epitaksija:Epitaksinis sluoksnis ir substratas pagaminti iš tos pačios medžiagos: pvz., Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Heterogeninė epitaksija:Epitaksinis sluoksnis ir substratas yra pagaminti iš skirtingų medžiagų: pvz., Si/Al₂O3, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC ir kt.
Poliruoti vafliai
Kokias problemas išsprendžia epitaksija?
Vien tūrinių monokristalinių medžiagų nepakanka, kad būtų patenkinti vis sudėtingesni puslaidininkinių prietaisų gamybos reikalavimai. Todėl 1959 m. pabaigoje buvo sukurta plonų monokristalinių medžiagų auginimo technika, žinoma kaip epitaksija. Bet kaip epitaksinė technologija konkrečiai padėjo tobulinti medžiagas? Siliciui silicio epitaksijos kūrimas įvyko kritiniu metu, kai gaminant aukšto dažnio, didelės galios silicio tranzistorius susidurta su dideliais sunkumais. Tranzistorių principų požiūriu, norint pasiekti aukštą dažnį ir galią, reikia, kad kolektoriaus srities gedimo įtampa būtų aukšta, o nuoseklioji varža būtų maža, o tai reiškia, kad soties įtampa turi būti maža. Pirmajai kolektoriaus medžiagai reikia didelės varžos, o antrosios – mažos, o tai sukuria prieštaravimą. Sumažinus kolektoriaus srities storį siekiant sumažinti serijinį pasipriešinimą, silicio plokštelė taptų per plona ir trapi, kad būtų galima apdoroti, o sumažinus varžą prieštarautų pirmajam reikalavimui. Epitaksinės technologijos plėtra sėkmingai išsprendė šią problemą. Sprendimas buvo auginti didelės varžos epitaksinį sluoksnį ant mažos varžos substrato. Įrenginys pagamintas ant epitaksinio sluoksnio, užtikrinančio aukštą tranzistoriaus gedimo įtampą, o mažos varžos substratas sumažina pagrindo varžą ir sumažina soties įtampą, išsprendžiant prieštaravimą tarp dviejų reikalavimų.
Be to, III-V ir II-VI sudėtinių puslaidininkių, tokių kaip GaAs, GaN ir kt., epitaksinės technologijos, įskaitant garų fazės ir skystosios fazės epitaksiją, padarė didelę pažangą. Šios technologijos tapo būtinos gaminant daugelį mikrobangų, optoelektroninių ir maitinimo įrenginių. Konkrečiai, tokie metodai kaip molekulinio pluošto epitaksė (MBE) ir metalo-organinis cheminis nusodinimas garais (MOCVD) buvo sėkmingai pritaikyti ploniems sluoksniams, supergardelėms, kvantiniams šuliniams, įtemptiems supergardeliams ir atominio masto ploniems epitaksiniams sluoksniams, padėjus tvirtą pagrindą naujų puslaidininkių sričių, tokių kaip „juostos inžinerija“, kūrimas.
Praktikoje dauguma plataus diapazono puslaidininkių įtaisų yra gaminami ant epitaksinių sluoksnių, o medžiagos, tokios kaip silicio karbidas (SiC), naudojamos tik kaip substratai. Todėl epitaksinio sluoksnio valdymas yra labai svarbus veiksnys plačiajuosčio diapazono puslaidininkių pramonėje.
Epitaksijos technologija: septynios pagrindinės savybės
1. Epitaksija gali užauginti didelės (arba mažos) varžos sluoksnį ant mažos (arba didelės) varžos substrato.
2. Epitaksija leidžia augti N (arba P) tipo epitaksiniams sluoksniams ant P (arba N) tipo substratų, tiesiogiai suformuojant PN sandūrą be kompensavimo problemų, kurios iškyla naudojant difuziją kuriant PN sandūrą ant vieno kristalo pagrindo.
3. Kai derinama su kaukių technologija, tam tikrose srityse galima atlikti selektyvų epitaksinį augimą, leidžiantį pagaminti specialių konstrukcijų integrinius grandynus ir įrenginius.
4. Epitaksinis augimas leidžia kontroliuoti dopingo tipus ir koncentracijas, staigiai arba laipsniškai keisti koncentraciją.
5. Epitaksijoje galima išauginti nevienalyčius, daugiasluoksnius, daugiakomponentinius kintamos sudėties junginius, įskaitant itin plonus sluoksnius.
6. Epitaksinis augimas gali vykti esant žemesnei nei medžiagos lydymosi temperatūrai, esant kontroliuojamam augimo greičiui, todėl sluoksnio storis gali būti tikslumas atominiu lygiu.
7. Epitaksija leidžia augti monokristaliniams medžiagų sluoksniams, kurių negalima sutraukti į kristalus, pvz., GaN ir trejo/ketvirto junginio puslaidininkius.
Įvairūs epitaksiniai sluoksniai ir epitaksiniai procesai
Apibendrinant galima pasakyti, kad epitaksiniai sluoksniai siūlo lengviau valdomą ir tobulą kristalų struktūrą nei birūs substratai, o tai yra naudinga kuriant pažangias medžiagas.
Paskelbimo laikas: 2024-12-24