Milline on epitaksiaalne protsess?

Epitaksiaalsete protsesside ülevaade

Mõiste "epitaksy" tuleneb kreeka sõnadest "epi," tähendab "peal", ja "takso", mis tähendab "tellitud", mis näitab kristalse kasvu järjestatud olemust. Epitaksia on pooljuhtide valmistamisel ülioluline protsess, viidates õhukese kristalse kihi kasvule kristalsel substraadil. Pooljuhtide valmistamise protsessi epitaksia (EPI) eesmärk on ühe kristalli substraadile ladustada üksikkristallide peen kiht, tavaliselt umbes 0,5 kuni 20 mikronit. EPI protsess on oluline samm pooljuhtide seadme tootmisel, eriti aastalränivahvervalmistamine.

Epitaxy võimaldab sadestada õhukeseid kileid, mis on kõrgelt tellitud ja mida saab kohandada konkreetsete elektrooniliste omaduste jaoks. See protsess on hädavajalik kvaliteetsete pooljuhtide, näiteks dioodide, transistoride ja integreeritud vooluringide loomiseks.

Epitaksiatüübid

Epitaxy protsessis määratakse kasvu orientatsioon aluseks oleva aluse kristalliga.  Sõltuvalt sadestumise kordumisest võib olla kas üks või palju epitaksiakihti. Epitaksia protsessi saab kasutada õhukese materjali kihi moodustamiseks, mis võib keemilise koostise ja struktuuri osas olla kas sama või erinev aluspinnast. Epitaxy võib liigitada kahte peamise kategooriasse, lähtudes substraadi ja epitaksiaalse kihi vahelisest seosest:HomoepitaksiajaHeteroepitaksia.

Järgmisena analüüsime erinevusi homoepitaksia ja heteroepitaksia vahel neljast mõõtmest: kasvanud kiht, kristallstruktuur ja võre, näide ja rakendus:

● homoepitaksia: See juhtub siis, kui epitaksiaalne kiht on valmistatud samast materjalist kui substraadiga.

✔ kasvanud kiht: Epitaksiaalselt kasvatatud kiht on sama materjaliga kui substraadi kiht.

✔ Kristallstruktuur ja võre: Substraadi ja epitaksiaalse kihi kristallstruktuur ja võrekonstant on samad.

✔ Näide: Väga puhta räni epitaksiaalne kasv substraadi räni kohal.

✔ taotlus: Pooljuhtide seadme konstruktsioon, kus on vaja erinevate dopingutasemete kihte, või substraatidel puhaseid kileid, mis on vähem puhtad.

● Heteroepitaksia: See hõlmab erinevaid materjale, mida kasutatakse kihi ja substraadi jaoks, näiteks alumiiniumist galliumraseniidi (vetika) kasvatamine gallium arseniidil (GAAS). Edukas heteroepitaksia nõuab defektide minimeerimiseks kahe materjali vahel sarnaseid kristallstruktuure.

✔ kasvanud kiht: Epitaksiaalselt kasvatatud kiht on erinevast materjalist kui substraadi kiht.

✔ Kristallstruktuur ja võre: Substraadi ja epitaksiaalse kihi kristallstruktuur ja võrekonstant on erinevad.

✔ Näide: Epitaksiaalselt kasvav galliumraseniid räni substraadil.

✔ taotlus: Pooljuhtide seadme konstruktsioon, kus on vaja erinevaid materjale, või ehitada materjali kristalse kile, mis pole ühe kristallina saadaval.

EPI protsessi mõjutavad tegurid pooljuhtide valmistamisel:

✔ Temperatuur: Mõjutab epitaksia kiirust ja epitaksiaalse kihi tihedust. Epitaxy protsessi jaoks vajalik temperatuur on suurem kui toatemperatuur ja väärtus sõltub epitaksia tüübist.

✔ Surve: Mõjutab epitaksia kiirust ja epitaksiaalse kihi tihedust.

✔ Puudused: Epitaxy puudused põhjustavad vigaseid vahvleid. EPI protsessi jaoks vajalikke füüsilisi tingimusi tuleks säilitada mittekaitselise epitaksiaalse kihi kasvu jaoks.

✔ Soovitud asukoht: Epitaksiaalne kasv peaks olema kristalli õiges asendis. Piirkondi, mis tuleks epitaksiaalsest protsessist välja jätta, tuleks kasvu vältimiseks korralikult filmida.

✔ Autodoping: Kuna epitaksia protsess viiakse läbi kõrgetel temperatuuridel, võivad dopandi aatomid olla võimelised tooma materjali variatsioone.

Epitaksiaalse kasvu tehnikad

Epitaksia protsessi läbiviimiseks on mitu meetodit: vedelafaasi epitaksia, hübriidiaurufaas epitaksia, tahke faasi epitaksia, aatomi kihi sadestumine, keemiline aurude ladestumine, molekulaarkiire epitaksia jne. Võrdleme kahte epitaksia protsessi: CVD ja MBE.

Epitaksiaalse kasvu režiimid

Epitaxy kasvurežiimid: Epitaksiaalne kasv võib toimuda erinevate režiimide kaudu, mis mõjutavad kihtide moodustumist:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Iseloomustab kolmemõõtmeline saare kasv, kus tuuma moodustumine toimub enne pidevat kile moodustumist.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Hõlmab kihiline kihi kasvu, soodustades ühtlast paksust.

✔ (c) Külg-krastanlased (SK): VW ja FM -i kombinatsioon, alustades kihi kasvuga, mis läheb üle saarte moodustumise pärast kriitilise paksuseni.

Epitaxy kasvu tähtsus pooljuhtide tootmisel

Epitaksia on ülioluline pooljuhtide vahvlite elektriliste omaduste suurendamiseks. Võimalus dopinguprofiile kontrollida ja spetsiifilisi materjali omadusi saavutada muudab epitaksia tänapäevases elektroonikas hädavajalikuks.

Lisaks on epitaksiaalsed protsessid üha olulisemad suure jõudlusega andurite ja energiaelektroonika arendamisel, kajastades pooljuhtide tehnoloogia jätkuvaid edusamme. Parameetrite, näiteks parameetrite juhtimisel vajalik täpsustemperatuur, rõhk ja gaasi voolukiirusEpitaksiaalse kasvu ajal on kriitiline kvaliteetsete kristalsete kihtide saavutamiseks minimaalse defektiga.