زیربنایی در مقابل اپیتاکسی: ستون دوگانه تولید وافره نیمه هادی

I. تعاریف اساسی بستر و epitaxy

زیربنایوسرگذشتدو مفهوم اساساً متمایز اما با هم مرتبط در تولید وافرهای نیمه هادی هستند.

زیربنایی:
یک بستر به طور معمول یک ماده تک کریستالی با کیفیت بالا و خالص است که به عنوان "بنیاد" برای تمام فرآیندهای نیمه هادی بعدی عمل می کند.این نه تنها پشتیبانی مکانیکی بلکه همچنین یک قالب شبکه به خوبی مرتب شده ضروری برای ساخت دستگاه را فراهم می کند.
 

مواد رایج عبارتند از:سیلیکون (Si) ، کربید سیلیکون (SiC) ، سفیر (Al2O3) ، گالیوم آرسنید (GaAs) ، و غیره

اپیتاکسی:
اپیتاکسی به رشد کنترل شده یک فیلم تک کریستال با کیفیت بالا در سطح یک بستر اشاره دارد. این فیلم به عنوانلایه اپیتاکسیال.
لایه اپیتاسیال می تواند از همان ماده ی زیربنایی باشد (هوموپیتکسی) یا از یک ماده متفاوت (هیتروپیتاکسی)

۲- رابطه در فرآیند ساخت وافره

مرحله ۱: آماده سازی بستر
وافرهای تک کریستالی با خلوص بالا با استفاده از روش هایی مانند فرآیند Czochralski یا تکنیک منطقه شناور تولید می شوند.وافه ها آماده استفاده به عنوان زیربنای هستند..

مرحله ۲: رشد اپیتاکسیال
یک لایه کریستالی با کیفیت بالا در سطح بستر رشد می کند. لایه epitaxial اغلب دارای پاکیزه تر، غلظت کنترل شده دوپینگ، ضخامت دقیق تعریف شده،و نقص های ساختاری کمتری برای برآورده کردن الزامات طراحی خاص دستگاه.

سوم. یک زیربنای چیست؟ نقش و اهمیت آن

عملکرد 1: پشتیبانی مکانیکی
بستر به عنوان بستر برای تمام فرآیندهای بعدی و دستگاه ها عمل می کند. باید دارای قدرت مکانیکی و ثبات ابعاد کافی باشد.

تابع 2: قالب شبکه
ساختار شبکه کریستالی بستر کیفیت کریستالی لایه اپیتاسیال را تعیین می کند که به نوبه خود به طور مستقیم بر عملکرد دستگاه تأثیر می گذارد.

تابع سوم: پایه برق
خواص الکتریکی ذاتی مواد بستر بر ویژگی های اساسی تراشه مانند رسانایی و مقاومت تاثیر می گذارد.

مثال:
یک بلوک سیلیکون یک کریستال 6 اینچی به عنوان نقطه شروع در اکثر کارخانه های نیمه هادی استفاده می شود. تقریباً همه مدارهای یکپارچه CMOS و دستگاه های اپتوالکترونیک با یک بستر سیلیکون شروع می شوند.

IV. اپیتاکسی چیست؟ اصول و روش های آماده سازی

اصل رشد اپيتاکسيال:
Epitaxy involves the atomic-scale deposition of a new single crystal layer that aligns with the lattice structure of the underlying substrate—similar to decorating a well-laid foundation with high-grade materials.

تکنیک های رایج رشد اپیتاکسیال:

• اتیتاکسی فاز بخار (VPE):روش به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. پیشگامان گازی به یک اتاق واکنش با دمای بالا وارد می شوند، جایی که آنها در سطح بستر قرار می گیرند و کریستالیزه می شوند. به عنوان مثال،اپیتکسی سیلیکون اغلب از تترکلوراید سیلیکون یا تریکلوراسیلان به عنوان منابع گاز استفاده می کند..​

• اپیتاکسی فاز مایع (LPE):مواد در قالب مایع روی بستر قرار می گیرند و کریستالیزه می شوند، عمدتا برای نیمه هادی های ترکیبی.

• اکسی ریز مولکولی (MBE):يک روش با دقت بالا که تحت خلاء فوق العاده بالا انجام مي شود، براي ساخت ساختارهای کوانتومي پیشرفته و شبكه هاي فوق العاده اي مناسب است.

• رسوب بخار شیمیایی فلزی آلی (MOCVD):به ویژه برای نیمه هادی های III-V مانند GaN و GaAs مناسب است.

کارکردهای Epitaxy:

• پاکیزه و صاف بودن سطح بهبود یافته:حتی یک زیربنای شیک دارای نقص های میکروسکوپی است؛ اپیتاکسی یک لایه سطحی تقریباً بی نقص ایجاد می کند.

• خواص الکتریکی و ساختاری سفارشی:اجازه می دهد تا کنترل دقیق بر نوع دوپینگ (نوع N / نوع P) ، غلظت و ضخامت لایه را برای پاسخگویی به الزامات عملکردی خاص داشته باشد.

• اجازه می دهد تا چند لایه یا هیتروسترکتورها:برای ساختارهایی مثل چاه های کوانتومی چندگانه و ابرشبکه ها ضروری است، که تنها از طریق رشد اپیتاکسیال قابل دستیابی است.

V. تفاوت های بین هوموپیتاکسی و هیتروپیتاکسی و کاربردهای آنها

هومئوپيتاكسي:
زیربنای و لایه اپیتاسیال از یک ماده تشکیل شده اند (به عنوان مثال، لایه اپیتاسیال Si بر روی یک زیربنای Si).

• مزایا:کیفیت سطح را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد، تراکم نقص را کاهش می دهد و بهره وری و ثبات دستگاه را افزایش می دهد.

• کاربردها:به طور گسترده ای در دستگاه های قدرت و مدارهای یکپارچه استفاده می شود.

هيتروپيتاكسي:
زیربنای و لایه اپیتاسیال از مواد مختلف هستند (به عنوان مثال، لایه اپیتاسیال GaN بر روی زیربنای سفیر).

• مزایا:ترکیبی از خواص مطلوب مواد مختلف برای دستیابی به عملکرد الکتریکی و نوری برتر، از محدودیت های سیستم های یک ماده عبور می کند.

• معایب:عدم تطابق شبکه و تفاوت ضریب انبساط حرارتی اغلب منجر به استرس، انحراف و نقص های دیگر می شود که نیاز به لایه های بافر یا بهینه سازی ساختاری دارد.

• کاربردها:این ماده در لامپ های LED، لیزر، ترانزیستورهای فرکانس بالا رایج است.

نقش حیاتی اپیتاکسی در نیمه هادی های نسل سوم

در نیمه هادی های نسل سوم (به عنوان مثال، SiC، GaN) ، تقریباً همه دستگاه های پیشرفته قدرت و اپتوالکترونیک به لایه های اپیتاکسیال تکیه می کنند.

مثال ️ دستگاه های SiC:
پارامترهای کلیدی مانند ولتاژ شکستن و مقاومت روی، توسط ضخامت و غلظت دوپینگ لایه اپیتاسیال تعیین می شوند.زیربنای SiC پشتیبانی مکانیکی و یک قالب شبکه را فراهم می کند، اما لایه اپیتاکسیال عملکرد دستگاه را تعریف می کند.

هرچه لایه اپیتاکسیال ضخیم تر و بدون نقص تر باشد، ولتاژ شکستن بالاتر و عملکرد بهتر است.

بنابراین، در صنعت نیمه هادی با باند وسیع، تکنولوژی رشد اپیتاسیال به طور مستقیم سقف عملکرد دستگاه های نهایی را تعریف می کند.

محصولات مرتبط

12 اینچ سی سی وافر 300 میلی متر سیلیکون کربید وافر رسانا نمک درجه N-نوع درجه تحقیق

4H / 6H نوع P Sic Wafer 4 اینچ 6 اینچ Z درجه P درجه D درجه خارج از محور 2.0 °-4.0 ° به سمت نوع P Doping