Orixe do nome "Oblea epitaxial"
A preparación da oblea consta de dous pasos principais: preparación do substrato e proceso epitaxial. O substrato está feito de material de cristal único semicondutor e normalmente se procesa para producir dispositivos semicondutores. Tamén pode sufrir un procesamento epitaxial para formar unha oblea epitaxial. A epitaxia refírese ao proceso de crecemento dunha nova capa de cristal único nun substrato de cristal único coidadosamente procesado. O novo monocristal pode ser do mesmo material que o substrato (epitaxia homoxénea) ou doutro material (epitaxia heteroxénea). Dado que a nova capa de cristal crece en aliñación coa orientación do cristal do substrato, chámase capa epitaxial. A oblea coa capa epitaxial denomínase oblea epitaxial (oblea epitaxial = capa epitaxial + substrato). Os dispositivos fabricados na capa epitaxial chámanse "epitaxia directa", mentres que os dispositivos fabricados no substrato denomínanse "epitaxia inversa", onde a capa epitaxial só serve como soporte.
Epitaxia homoxénea e heteroxénea
▪Epitaxia homoxénea:A capa epitaxial e o substrato están feitos do mesmo material: por exemplo, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Epitaxia heteroxénea:A capa epitaxial e o substrato están feitos de diferentes materiais: por exemplo, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, etc.
Obleas Pulidas
Que problemas resolve a epitaxia?
Os materiais monocristais a granel só son insuficientes para satisfacer as demandas cada vez máis complexas da fabricación de dispositivos semicondutores. Por iso, a finais de 1959, desenvolveuse a técnica de crecemento de material monocristal fino coñecida como epitaxia. Pero como a tecnoloxía epitaxial axudou especificamente ao avance dos materiais? Para o silicio, o desenvolvemento da epitaxia de silicio produciuse nun momento crítico no que a fabricación de transistores de silicio de alta frecuencia e potencia afrontou importantes dificultades. Desde a perspectiva dos principios do transistor, para acadar unha alta frecuencia e potencia require que a tensión de ruptura da rexión do colector sexa alta e que a resistencia en serie sexa baixa, o que significa que a tensión de saturación debe ser pequena. O primeiro require unha alta resistividade no material do colector, mentres que o segundo require unha resistividade baixa, o que crea unha contradición. Reducir o grosor da rexión do colector para reducir a resistencia en serie faría que a oblea de silicio sexa demasiado delgada e fráxil para procesar, e diminuír a resistividade entraría en conflito co primeiro requisito. O desenvolvemento da tecnoloxía epitaxial resolveu con éxito este problema. A solución foi facer crecer unha capa epitaxial de alta resistividade nun substrato de baixa resistividade. O dispositivo está fabricado na capa epitaxial, garantindo a alta tensión de ruptura do transistor, mentres que o substrato de baixa resistividade reduce a resistencia da base e baixa a tensión de saturación, resolvendo a contradición entre os dous requisitos.
Ademais, as tecnoloxías epitaxiais para semicondutores compostos III-V e II-VI como GaAs, GaN e outros, incluíndo a epitaxia en fase de vapor e en fase líquida, experimentaron avances significativos. Estas tecnoloxías convertéronse en esenciais para a fabricación de moitos dispositivos de microondas, optoelectrónicos e de enerxía. En particular, técnicas como a epitaxia de feixe molecular (MBE) e a deposición de vapor químico metal-orgánico (MOCVD) aplicáronse con éxito a capas delgadas, superredes, pozos cuánticos, superredes tensas e capas epitaxiais delgadas a escala atómica, sentando unha base sólida para o desenvolvemento de novos campos de semicondutores como a "enxeñaría de bandas".
Nas aplicacións prácticas, a maioría dos dispositivos de semicondutores de banda ampla están fabricados en capas epitaxiais, utilizando materiais como o carburo de silicio (SiC) unicamente como substratos. Polo tanto, o control da capa epitaxial é un factor crítico na industria de semicondutores de banda ampla.
Tecnoloxía de epitaxia: sete características clave
1. A epitaxia pode facer crecer unha capa de alta (ou baixa) resistividade nun substrato de baixa (ou alta) resistividade.
2. A epitaxia permite o crecemento de capas epitaxiais de tipo N (ou P) sobre substratos de tipo P (ou N), formando directamente unha unión PN sen os problemas de compensación que xorden ao usar a difusión para crear unha unión PN nun substrato de cristal único.
3. Cando se combina coa tecnoloxía de máscaras, pódese realizar un crecemento epitaxial selectivo en áreas específicas, permitindo a fabricación de circuítos integrados e dispositivos con estruturas especiais.
4. O crecemento epitaxial permite o control dos tipos e concentracións de dopaxe, coa capacidade de conseguir cambios bruscos ou graduales de concentración.
5. A epitaxia pode crecer compostos heteroxéneos, de varias capas e de varios compoñentes con composicións variables, incluíndo capas ultrafinas.
6. O crecemento epitaxial pode ocorrer a temperaturas por debaixo do punto de fusión do material, cunha taxa de crecemento controlable, o que permite unha precisión a nivel atómico no grosor da capa.
7. A epitaxia permite o crecemento de capas monocristais de materiais que non se poden arrastrar a cristais, como GaN e semicondutores compostos ternarios/cuaternarios.
Varias capas epitaxiais e procesos epitaxiais
En resumo, as capas epitaxiais ofrecen unha estrutura cristalina máis fácil de controlar e perfecta que os substratos a granel, o que é beneficioso para o desenvolvemento de materiais avanzados.
Hora de publicación: 24-12-2024