Perchè i Dispositivi Semiconductor necessitanu una "Capa Epitaxial"

Origine di u nome "Epitaxial Wafer"

A preparazione di wafer hè custituita da dui passi principali: preparazione di sustrato è prucessu epitaxial. U sustrato hè fattu di materiale di cristallu unicu semiconductor è hè tipicamente processatu per pruduce dispositi semiconduttori. Pò esse ancu sottumessi à u processu epitaxial per furmà una wafer epitaxial. L'epitassia si riferisce à u prucessu di cultivà una nova capa di cristallo unicu nantu à un sustrato di cristallo unicu trattatu cù cura. U novu cristallu unicu pò esse di u stessu materiale cum'è u sustrato (epitassia homogenea) o un materiale sfarente (epitassia heterogenea). Siccomu a nova capa di cristallu cresce in allinamentu cù l'orientazione di u cristallu di u sustrato, hè chjamata capa epitaxial. L'ostia cù a capa epitaxiale hè chjamata wafer epitaxial (wafer epitaxial = capa epitaxial + sustrato). I dispusitivi fabbricati nantu à a capa epitaxiale sò chjamati "epitassi avanti", mentre chì i dispositi fabbricati nantu à u sustrato sò chjamati "epitassi inversa", induve a capa epitaxial serve solu cum'è supportu.

Epitassia omogenea è eterogenea

▪Epitassia omogenea:U stratu epitaxial è u sustrato sò fatti di u stessu materiale: per esempiu, Si / Si, GaAs / GaAs, GaP / GaP.

▪Epitassia eterogenea:U stratu epitaxial è u sustrato sò fatti di diversi materiali: per esempiu, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, etc.

Wafers lucidati

Chì prublemi Risolve Epitaxy?

I materiali monocristalli in massa sò insufficienti per risponde à e richieste sempre più cumplesse di a fabricazione di dispositivi semiconduttori. Dunque, à a fine di u 1959, hè stata sviluppata a tecnica di crescita di materiale di cristallu unicu, cunnisciuta cum'è epitassi. Ma cumu a tecnulugia epitaxial hà aiutatu specificamente à l'avanzamentu di i materiali? Per u siliciu, u sviluppu di l'epitassia di siliciu hè accadutu in un mumentu criticu quandu a fabricazione di transistori di siliciu d'alta frequenza è di alta putenza hà affruntatu difficultà significative. Da a perspettiva di i principii di u transistor, per ottene una alta frequenza è una putenza, a tensione di rottura di a regione di u cullettivu hè alta, è a resistenza di a serie sia bassa, vale à dì chì a tensione di saturazione deve esse chjuca. U primu esige una resistività alta in u materiale di u cullettivu, mentri l'ultime necessita una resistività bassa, chì crea una cuntradizzione. A riduzzione di u grossu di a regione di u cullettivu per riduce a resistenza di a serie faria a wafer di siliciu troppu magre è fragile per a trasfurmazioni, è a diminuzione di a resistività seria cunflittu cù u primu requisitu. U sviluppu di a tecnulugia epitaxial hà risoltu stu prublema. A suluzione era di cultivà una capa epitaxial d'alta resistività nantu à un sustrato di bassa resistenza. U dispusitivu hè fabbricatu nantu à a capa epitaxial, assicurendu a tensione di rupture alta di u transistor, mentre chì u sustrato di bassa resistività riduce a resistenza di basa è riduce a tensione di saturazione, risolvendu a cuntradizioni trà e duie esigenze.

Inoltre, i tecnulugii epitassiali per i semiconduttori composti III-V è II-VI cum'è GaAs, GaN, è altri, cumprese l'epitassia in fase di vapore è in fase liquida, anu vistu avanzamenti significativi. Sti tecnulugii sò diventati essenziali per a fabricazione di parechji apparecchi di microonde, optoelettronica è di putenza. In particulare, tecnichi cum'è l'epitassia di fasci molekulari (MBE) è a deposizione di vapore chimicu metalu-organicu (MOCVD) sò stati applicati cù successu à strati sottili, superlattice, pozzi quantum, superlattice strained, è strati epitassiali sottili a scala atomica, ponendu una basa solida per u sviluppu di novi campi di semiconductor cum'è "ingenieria di banda".

In l'applicazioni pratiche, a maiò parte di i dispositi semiconduttori à banda larga sò fabbricati nantu à strati epitassiali, cù materiali cum'è carburu di siliciu (SiC) chì sò usati solu cum'è sustrati. Dunque, u cuntrollu di a capa epitassiale hè un fattore criticu in l'industria di i semiconduttori à banda larga.

Tecnulugia Epitaxy: Sette Funzioni Chiavi

1. L'epitassia pò cresce una capa di resistività alta (o bassa) nantu à un sustrato di resistività bassa (o alta).

2. Epitaxy permette a crescita di strati epitaxial N (o P) tipu nantu à i sustrati di tipu P (o N), furmendu direttamente una junction PN senza i prublemi di compensazione chì si sviluppanu quandu usanu diffusione per creà una junction PN nantu à un sustrato unicu cristallu.

3. Quandu si combina cù a tecnulugia di maschera, a crescita epitaxial selettiva pò esse realizata in spazii specifichi, chì permettenu a fabricazione di circuiti integrati è dispusitivi cù strutture speciale.

4. A crescita epitaxiale permette u cuntrollu di i tipi di doping è cuncentrazione, cù a capacità di ottene cambiamenti bruschi o graduali di cuncentrazione.

5. L'epitassia pò cultivà composti heterogeneous, multi-layered, multi-cumpunenti cù cumpusizioni variàbbili, cumprese strati ultra-sottili.

6. A crescita epitaxial pò accade à e temperature sottu à u puntu di fusione di u materiale, cù un ritmu di crescita cuntrullabile, chì permette a precisione di u livellu atomicu in u gruixu di a capa.

7. L'epitassia permette a crescita di strati di cristalli unichi di materiali chì ùn ponu esse tirati in cristalli, cum'è GaN è semiconduttori composti ternari / quaternari.

Diversi strati epitassiali è prucessi epitassiali

In riassuntu, i strati epitaxiali offrenu una struttura cristallina più faciule cuntrullata è perfetta chì i sustrati in massa, chì hè benefica per u sviluppu di materiali avanzati.