Podrijetlo naziva "epitaksijalna pločica"
Priprema pločice sastoji se od dva glavna koraka: priprema supstrata i epitaksijalni proces. Supstrat je izrađen od poluvodičkog monokristalnog materijala i obično se obrađuje za proizvodnju poluvodičkih uređaja. Također se može podvrgnuti epitaksijalnoj obradi kako bi se formirala epitaksijalna pločica. Epitaksija se odnosi na proces rasta novog monokristalnog sloja na pažljivo obrađenoj monokristalnoj podlozi. Novi monokristal može biti od istog materijala kao supstrat (homogena epitaksija) ili različitog materijala (heterogena epitaksija). Budući da novi kristalni sloj raste u skladu s orijentacijom kristala supstrata, naziva se epitaksijalni sloj. Pločica s epitaksijalnim slojem naziva se epitaksijalna pločica (epitaksijalna pločica = epitaksijalni sloj + supstrat). Uređaji proizvedeni na epitaksijalnom sloju nazivaju se "prednja epitaksija", dok se uređaji proizvedeni na podlozi nazivaju "obrnuta epitaksija", gdje epitaksijalni sloj služi samo kao potpora.
Homogena i heterogena epitaksija
▪Homogena epitaksija:Epitaksijalni sloj i supstrat izrađeni su od istog materijala: npr. Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Heterogena epitaksija:Epitaksijalni sloj i supstrat izrađeni su od različitih materijala: npr. Si/Al₂O3, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, itd.
Polirane napolitanke
Koje probleme rješava epitaksija?
Sami masovni monokristalni materijali nisu dovoljni da zadovolje sve složenije zahtjeve proizvodnje poluvodičkih uređaja. Stoga je krajem 1959. godine razvijena tehnika rasta tankog monokristalnog materijala poznata kao epitaksija. Ali kako je epitaksijalna tehnologija konkretno pomogla napretku materijala? Za silicij, razvoj silicijske epitaksije dogodio se u kritičnom trenutku kada se izrada visokofrekventnih silicijskih tranzistora velike snage suočila sa značajnim poteškoćama. Iz perspektive principa tranzistora, postizanje visoke frekvencije i snage zahtijeva da probojni napon kolektorskog područja bude visok, a serijski otpor nizak, što znači da napon zasićenja treba biti mali. Prvi zahtijeva visok otpor u materijalu kolektora, dok drugi zahtijeva nizak otpor, što stvara kontradikciju. Smanjenje debljine područja kolektora kako bi se smanjio serijski otpor učinilo bi silikonsku pločicu pretankom i krhkom za obradu, a smanjenje otpora bilo bi u sukobu s prvim zahtjevom. Razvoj epitaksijalne tehnologije uspješno je riješio ovaj problem. Rješenje je bilo uzgojiti epitaksijalni sloj visokog otpora na supstratu s niskim otporom. Uređaj je izrađen na epitaksijalnom sloju, osiguravajući visoki probojni napon tranzistora, dok supstrat s niskim otporom smanjuje osnovni otpor i snižava napon zasićenja, rješavajući kontradikciju između dva zahtjeva.
Dodatno, epitaksijalne tehnologije za spojeve poluvodiča III-V i II-VI kao što su GaAs, GaN i drugi, uključujući epitaksiju u parnoj i tekućoj fazi, doživjele su značajan napredak. Te su tehnologije postale ključne za izradu mnogih mikrovalnih, optoelektroničkih i energetskih uređaja. Konkretno, tehnike poput epitaksije molekularnim snopom (MBE) i metalno-organskog kemijskog taloženja iz pare (MOCVD) uspješno su primijenjene na tanke slojeve, superrešetke, kvantne jame, napete superrešetke i tanke epitaksijalne slojeve na atomskoj razini, postavljajući čvrst temelj za razvoj novih polja poluvodiča kao što je "pojasno inženjerstvo".
U praktičnim primjenama, većina širokopojasnih poluvodičkih uređaja izrađena je na epitaksijalnim slojevima, s materijalima poput silicijevog karbida (SiC) koji se koriste isključivo kao supstrati. Stoga je kontrola epitaksijalnog sloja kritičan faktor u industriji poluvodiča sa širokim pojasom.
Tehnologija epitaksije: Sedam ključnih značajki
1. Epitaksija može izrasti sloj visokog (ili niskog) otpora na supstratu s niskim (ili visokim) otporom.
2. Epitaksija omogućuje rast epitaksijskih slojeva tipa N (ili P) na supstratima tipa P (ili N), izravno formirajući PN spoj bez kompenzacijskih problema koji nastaju kada se koristi difuzija za stvaranje PN spoja na monokristalnom supstratu.
3. U kombinaciji s tehnologijom maske, selektivni epitaksijalni rast može se izvesti u određenim područjima, omogućujući izradu integriranih sklopova i uređaja s posebnim strukturama.
4. Epitaksijalni rast omogućuje kontrolu vrsta i koncentracija dopinga, uz mogućnost postizanja naglih ili postupnih promjena koncentracije.
5. Epitaksija može uzgojiti heterogene, višeslojne, višekomponentne spojeve promjenjivog sastava, uključujući ultratanke slojeve.
6. Epitaksijalni rast može se dogoditi na temperaturama ispod tališta materijala, uz kontroliranu stopu rasta, što omogućuje preciznost debljine sloja na atomskoj razini.
7. Epitaksija omogućuje rast monokristalnih slojeva materijala koji se ne mogu uvući u kristale, kao što su GaN i ternarni/kvaternarni spojevi poluvodiča.
Razni epitaksijalni slojevi i epitaksijalni procesi
Ukratko, epitaksijalni slojevi nude lakše kontroliranu i savršeniju kristalnu strukturu nego rasuti supstrati, što je korisno za razvoj naprednih materijala.
Vrijeme objave: 24. prosinca 2024