Původ názvu „Epitaxial Wafer“
Příprava plátku se skládá ze dvou hlavních kroků: přípravy substrátu a epitaxního procesu. Substrát je vyroben z polovodičového monokrystalového materiálu a je typicky zpracován pro výrobu polovodičových součástek. Může také podstoupit epitaxní zpracování za vzniku epitaxního plátku. Epitaxe označuje proces růstu nové monokrystalické vrstvy na pečlivě zpracovaném monokrystalovém substrátu. Nový monokrystal může být ze stejného materiálu jako substrát (homogenní epitaxe) nebo z jiného materiálu (heterogenní epitaxe). Protože nová krystalová vrstva roste v souladu s orientací krystalů substrátu, nazývá se epitaxní vrstva. Oplatka s epitaxní vrstvou se označuje jako epitaxní wafer (epitaxiální wafer = epitaxní vrstva + substrát). Zařízení vyrobená na epitaxní vrstvě se nazývají „dopředná epitaxe“, zatímco zařízení vyrobená na substrátu se označují jako „reverzní epitaxe“, kde epitaxní vrstva slouží pouze jako podpora.
Homogenní a heterogenní epitaxe
▪Homogenní epitaxe:Epitaxní vrstva a substrát jsou vyrobeny ze stejného materiálu: např. Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Heterogenní epitaxe:Epitaxní vrstva a substrát jsou vyrobeny z různých materiálů: např. Si/Al₂O3, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC atd.
Leštěné oplatky
Jaké problémy řeší epitaxe?
Samotné hromadné monokrystalové materiály nestačí ke splnění stále složitějších požadavků na výrobu polovodičových zařízení. Proto byla koncem roku 1959 vyvinuta technika růstu tenkého monokrystalového materiálu známá jako epitaxe. Jak ale epitaxní technologie konkrétně pomohla rozvoji materiálů? U křemíku došlo k vývoji křemíkové epitaxe v kritické době, kdy výroba vysokofrekvenčních, vysoce výkonných křemíkových tranzistorů čelila značným potížím. Z hlediska principů tranzistorů vyžaduje dosažení vysoké frekvence a výkonu, aby průrazné napětí oblasti kolektoru bylo vysoké a sériový odpor byl nízký, což znamená, že saturační napětí by mělo být malé. První vyžaduje vysoký měrný odpor v materiálu kolektoru, zatímco druhý vyžaduje nízký měrný odpor, což vytváří rozpor. Snížení tloušťky oblasti kolektoru pro snížení sériového odporu by způsobilo, že by křemíkový plátek byl příliš tenký a křehký pro zpracování, a snížení měrného odporu by bylo v rozporu s prvním požadavkem. Vývoj epitaxní technologie tento problém úspěšně vyřešil. Řešením bylo vypěstovat epitaxní vrstvu s vysokým odporem na substrátu s nízkým odporem. Zařízení je vyrobeno na epitaxní vrstvě, což zajišťuje vysoké průrazné napětí tranzistoru, zatímco substrát s nízkým odporem snižuje odpor báze a snižuje saturační napětí, čímž se řeší rozpor mezi těmito dvěma požadavky.
Navíc, epitaxní technologie pro III-V a II-VI složené polovodiče, jako jsou GaAs, GaN a další, včetně epitaxe v parní fázi a v kapalné fázi, zaznamenaly významný pokrok. Tyto technologie se staly nezbytnými pro výrobu mnoha mikrovlnných, optoelektronických a energetických zařízení. Zejména techniky, jako je epitaxe molekulárního paprsku (MBE) a kov-organická chemická depozice z plynné fáze (MOCVD), byly úspěšně aplikovány na tenké vrstvy, supermřížky, kvantové jámy, napnuté supermřížky a tenké epitaxní vrstvy v atomárním měřítku, čímž položily pevný základ pro vývoj nových polovodičových oborů, jako je „pásmové inženýrství“.
V praktických aplikacích je většina polovodičových zařízení s širokým pásmem vyráběna na epitaxních vrstvách, přičemž materiály jako karbid křemíku (SiC) se používají výhradně jako substráty. Proto je kontrola epitaxní vrstvy kritickým faktorem v polovodičovém průmyslu s širokým pásmovým odstupem.
Technologie epitaxe: Sedm klíčových funkcí
1. Epitaxe může narůst vrstvu s vysokým (nebo nízkým) odporem na substrátu s nízkým (nebo vysokým) odporem.
2. Epitaxe umožňuje růst epitaxních vrstev typu N (nebo P) na substrátech typu P (nebo N) a přímo vytváří PN přechod bez problémů s kompenzací, které vznikají při použití difúze k vytvoření PN přechodu na substrátu z monokrystalu.
3. V kombinaci s technologií masky lze ve specifických oblastech provádět selektivní epitaxní růst, což umožňuje výrobu integrovaných obvodů a zařízení se speciální strukturou.
4. Epitaxní růst umožňuje kontrolu typů a koncentrací dopingu se schopností dosáhnout náhlých nebo postupných změn koncentrace.
5. Epitaxe může růst heterogenní, vícevrstvé, vícesložkové sloučeniny s proměnlivým složením, včetně ultratenkých vrstev.
6. Epitaxní růst může nastat při teplotách pod bodem tání materiálu, s regulovatelnou rychlostí růstu, což umožňuje přesnost tloušťky vrstvy na atomové úrovni.
7. Epitaxe umožňuje růst monokrystalických vrstev materiálů, které nelze vtáhnout do krystalů, jako je GaN a ternární/kvartérní složené polovodiče.
Různé epitaxní vrstvy a epitaxní procesy
Stručně řečeno, epitaxní vrstvy nabízejí snadněji ovladatelnou a dokonalou krystalovou strukturu než hromadné substráty, což je výhodné pro vývoj pokročilých materiálů.
Čas odeslání: 24. prosince 2024