Hvad er den epitaksiale proces?

Oversigt over epitaksiale processer

Udtrykket "epitaxy" stammer fra de græske ord "epi", der betyder "på" og "taxaer", der betyder "bestilt", hvilket indikerer den krystallinske væksts ordnede karakter. Epitaxy er en afgørende proces ved fremstilling af halvleder, der henviser til væksten af ​​et tyndt krystallinsk lag på et krystallinsk substrat. Epitaxy (EPI) -processen i fremstilling af halvleder sigter mod at deponere et fint lag med enkelt krystal, normalt omkring 0,5 til 20 mikron, på et enkelt krystalsubstrat. EPI -processen er et betydeligt trin i fremstilling af halvlederenheder, især iSilicium WaferFremstilling.

Epitaxy muliggør deponering af tynde film, der er meget bestilt og kan skræddersyes til specifikke elektroniske egenskaber. Denne proces er vigtig for at skabe halvlederindretninger af høj kvalitet, såsom dioder, transistorer og integrerede kredsløb.

Typer af epitaxy

I epitakseprocessen bestemmes orienteringen af ​​væksten af ​​den underliggende basekrystall.  Der kan være enten et eller mange epitaxi -lag afhængigt af gentagelsen af ​​afsætningen. Epitaxy -processen kan anvendes til at danne et tyndt lag af materiale, der enten kan være det samme eller forskelligt fra det underliggende underlag med hensyn til kemisk sammensætning og struktur. Epitaxy kan klassificeres i to primære kategorier baseret på forholdet mellem underlaget og det epitaksiale lag:HomoepitaxyogHeteroepitaxy.

Dernæst analyserer vi forskellene mellem homoepitaxy og heteroepitaxy fra fire dimensioner: dyrket lag, krystalstruktur og gitter, eksempel og anvendelse:

● Homoepitaxy: Dette forekommer, når det epitaksiale lag er lavet af det samme materiale som underlaget.

✔ dyrket lag: Det epitaksialt dyrkede lag er af det samme materiale som substratlaget.

✔ Krystalstruktur og gitter: Krystallstrukturen og gitterkonstanten for substratet og epitaksiale lag er de samme.

✔ Eksempel: Epitaksial vækst af meget rent silicium over substratsilicium.

✔ Ansøgning: Konstruktion af halvlederenheder, hvor lag med forskellige dopingniveauer er påkrævet eller rene film på underlag, der er mindre rene.

● Heteroepitaxy: Dette involverer forskellige materialer, der bruges til laget og substratet, såsom dyrkning af aluminiumsgalliumarsenid (AlgaAs) på galliumarsenid (GAAS). Succesrige heteroepitaxy kræver lignende krystalstrukturer mellem de to materialer for at minimere defekter.

✔ dyrket lag: Det epitaksialt dyrkede lag er af et andet materiale end underlagslaget.

✔ Krystalstruktur og gitter: Krystallstrukturen og gitterkonstanten for substratet og epitaksiale lag er forskellige.

✔ Eksempel: Epitaksialt voksende galliumarsenid på et siliciumsubstrat.

✔ Ansøgning: Konstruktion af halvlederenhed, hvor lag af forskellige materialer er nødvendige eller for at opbygge en krystallinsk film af et materiale, der ikke er tilgængeligt som en enkelt krystal.

Faktorer, der påvirker EPI -processen ved fremstilling af halvleder:

✔ Temperatur: Påvirker epitakshastigheden og den epitaksiale lagdensitet. Den krævede temperatur til epitakseprocessen er højere end stuetemperatur, og værdien afhænger af typen af ​​epitaksi.

✔ Tryk: Påvirker epitakshastigheden og den epitaksiale lagdensitet.

✔ Defekter: Defekter i epitaxy fører til defekte skiver. De fysiske betingelser, der kræves til EPI-processen, skal opretholdes for ikke-defekte epitaksiale lagvækst.

✔ Ønsket position: Den epitaksiale vækst skal være i de rigtige positioner på krystalen. De regioner, der skal udelukkes fra den epitaksiale proces, skal filmes korrekt for at forhindre vækst.

✔ Autodoping: Da epitakseprocessen udføres ved høje temperaturer, kan dopingmiddelatomer være i stand til at bringe variationer i materialet.

Epitaksiale vækstteknikker

Der er flere metoder til at udføre epitaxy -processen: flydende fase epitaxy, hybrid dampfase epitaxy, solid fase epitaxy, atomlagsaflejring, kemisk dampaflejring, molekylærbjælkeepitaxy osv. Lad os sammenligne de to epitaxy -processer: CVD og MBE.

Epitaksiale væksttilstande

Epitaxy væksttilstande: Epitaksial vækst kan forekomme gennem forskellige tilstande, der påvirker, hvordan lag dannes:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Karakteriseret ved tredimensionel øvækst, hvor nucleation forekommer før kontinuerlig filmdannelse.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Involverer vækst i lag for lag, fremme ensartet tykkelse.

✔ (c) Side-Krastans (SK): En kombination af VW og FM, der starter med lagvækst, der overgår til dannelse af øer, efter at der er nået en kritisk tykkelse.

Epitaxy Growth's betydning i halvlederfremstilling

Epitaxy er afgørende for at forbedre de elektriske egenskaber ved halvlederskiver. Evnen til at kontrollere dopingprofiler og opnå specifikke materialegenskaber gør epitaxy uundværlig i moderne elektronik.

Derudover er epitaksiale processer stadig mere betydningsfulde til at udvikle højtydende sensorer og kraftelektronik, hvilket afspejler igangværende fremskridt inden for halvlederteknologi. Den præcision, der kræves til kontrol af parametre, såsomtemperatur, tryk og gasstrømningshastighedUnder epitaksial vækst er kritisk for at opnå krystallinske lag af høj kvalitet med minimale defekter.