Oorsprong van die naam "Epitaxial Wafer"
Wafervoorbereiding bestaan uit twee hoofstappe: substraatvoorbereiding en epitaksiale proses. Die substraat is gemaak van halfgeleier enkelkristal materiaal en word tipies verwerk om halfgeleier toestelle te produseer. Dit kan ook epitaksiale verwerking ondergaan om 'n epitaksiale wafer te vorm. Epitaksie verwys na die proses om 'n nuwe enkelkristallaag op 'n versigtig verwerkte enkelkristalsubstraat te laat groei. Die nuwe enkelkristal kan van dieselfde materiaal as die substraat wees (homogene epitaksie) of 'n ander materiaal (heterogene epitaksie). Aangesien die nuwe kristallaag groei in lyn met die substraat se kristaloriëntasie, word dit 'n epitaksiale laag genoem. Daar word na die wafer met die epitaksiale laag verwys as 'n epitaksiale wafer (epitaksiale wafer = epitaksiale laag + substraat). Toestelle wat op die epitaksiale laag vervaardig word, word "voorwaartse epitaksie" genoem, terwyl toestelle wat op die substraat vervaardig word, na verwys word as "omgekeerde epitaksie", waar die epitaksiale laag slegs as 'n ondersteuning dien.
Homogene en heterogene epitaksie
▪Homogene epitaksie:Die epitaksiale laag en substraat is gemaak van dieselfde materiaal: bv. Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Heterogene epitaksie:Die epitaksiale laag en substraat word van verskillende materiale gemaak: bv Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, ens.
Gepoleerde wafers
Watter probleme los epitaksie op?
Grootmaat enkelkristalmateriaal alleen is onvoldoende om aan die toenemend komplekse eise van halfgeleier-toestelvervaardiging te voldoen. Daarom, aan die einde van 1959, is die dun enkelkristal materiaal groei tegniek bekend as epitaksie ontwikkel. Maar hoe het epitaksiale tegnologie spesifiek die bevordering van materiale gehelp? Vir silikon het die ontwikkeling van silikonepitaksie plaasgevind op 'n kritieke tydstip toe die vervaardiging van hoëfrekwensie, hoëkrag silikontransistors aansienlike probleme ondervind het. Vanuit die perspektief van transistorbeginsels vereis die bereiking van hoë frekwensie en drywing dat die kollektorstreek se afbreekspanning hoog is, en die serieweerstand laag moet wees, wat beteken dat die versadigingsspanning klein moet wees. Eersgenoemde vereis hoë weerstand in die versamelaarmateriaal, terwyl laasgenoemde lae weerstand vereis, wat 'n teenstrydigheid skep. Die vermindering van die dikte van die versamelaargebied om reeksweerstand te verminder, sal die silikonwafel te dun en broos maak vir verwerking, en die verlaging van die weerstand sal in stryd wees met die eerste vereiste. Die ontwikkeling van epitaksiale tegnologie het hierdie probleem suksesvol opgelos. Die oplossing was om 'n epitaksiale laag met 'n hoë weerstand op 'n lae-weerstandssubstraat te laat groei. Die toestel word op die epitaksiale laag vervaardig, wat die hoë deurbreekspanning van die transistor verseker, terwyl die lae-weerstandssubstraat die basisweerstand verminder en die versadigingsspanning verlaag, wat die teenstrydigheid tussen die twee vereistes oplos.
Boonop het epitaksiale tegnologieë vir III-V en II-VI saamgestelde halfgeleiers soos GaAs, GaN, en ander, insluitend dampfase en vloeistoffase epitaksie, aansienlike vordering gesien. Hierdie tegnologieë het noodsaaklik geword vir die vervaardiging van baie mikrogolf-, opto-elektroniese en kragtoestelle. In die besonder is tegnieke soos molekulêre bundelepitaksie (MBE) en metaal-organiese chemiese dampneerslag (MOCVD) suksesvol toegepas op dun lae, superroosters, kwantumputte, gespanne superroosters en atoomskaal dun epitaksiale lae, wat 'n stewige fondament gelê het vir die ontwikkeling van nuwe halfgeleiervelde soos "bandingenieurswese."
In praktiese toepassings word die meeste breëbandgaping-halfgeleiertoestelle op epitaksiale lae vervaardig, met materiale soos silikonkarbied (SiC) wat uitsluitlik as substrate gebruik word. Daarom is die beheer van die epitaksiale laag 'n kritieke faktor in die wye bandgaping halfgeleier industrie.
Epitaksie-tegnologie: Sewe sleutelkenmerke
1. Epitaksie kan 'n hoë (of lae) weerstandslaag op 'n lae (of hoë) weerstandssubstraat laat groei.
2. Epitaksie laat die groei van N (of P) tipe epitaksiale lae op P (of N) tipe substrate toe, wat direk 'n PN aansluiting vorm sonder die kompensasie kwessies wat ontstaan wanneer diffusie gebruik word om 'n PN aansluiting op 'n enkel kristal substraat te skep.
3. Wanneer dit met maskertegnologie gekombineer word, kan selektiewe epitaksiale groei in spesifieke areas uitgevoer word, wat die vervaardiging van geïntegreerde stroombane en toestelle met spesiale strukture moontlik maak.
4. Epitaksiale groei maak voorsiening vir die beheer van doping tipes en konsentrasies, met die vermoë om skielike of geleidelike veranderinge in konsentrasie te bereik.
5. Epitaksie kan heterogene, multi-lae, multi-komponent verbindings groei met veranderlike samestellings, insluitend ultra-dun lae.
6. Epitaksiale groei kan plaasvind by temperature onder die smeltpunt van die materiaal, met 'n beheerbare groeitempo, wat voorsiening maak vir atoomvlak-presisie in laagdikte.
7. Epitaksie maak die groei van enkelkristallae materiale moontlik wat nie in kristalle ingetrek kan word nie, soos GaN en ternêre/kwaternêre saamgestelde halfgeleiers.
Verskeie epitaksiale lae en epitaksiale prosesse
Ter opsomming, epitaksiale lae bied 'n makliker beheerbare en perfekte kristalstruktuur as grootmaat substrate, wat voordelig is vir die ontwikkeling van gevorderde materiale.
Postyd: 24 Desember 2024