Vad är den epitaxiala processen?

Översikt över epitaxiella processer

Termen "epitaxy" härrör från de grekiska orden "epi", vilket betyder "på" och "taxibilar", vilket betyder "ordnade", vilket indikerar den ordnade naturen av den kristallina tillväxten. Epitaxy är en avgörande process i halvledartillverkning, med hänvisning till tillväxten av ett tunt kristallint skikt på ett kristallint underlag. Epitaxy (EPI) -processen i halvledartillverkning syftar till att avsätta ett fint lager av enkristall, vanligtvis cirka 0,5 till 20 mikron, på ett enda kristallsubstrat. EPI -processen är ett betydande steg i tillverkning av halvledarenheter, särskilt ikiselskivatillverkning.

Epitaxy möjliggör deponering av tunna filmer som är mycket ordnade och kan skräddarsys för specifika elektroniska egenskaper. Denna process är avgörande för att skapa högkvalitativa halvledarenheter, såsom dioder, transistorer och integrerade kretsar.

Typer av epitaxi

I epitaxiprocessen bestäms tillväxtens orientering av den underliggande baskristallen.  Det kan finnas antingen ett eller många epitaxlager beroende på upprepning av depositionen. Epitaxiprocessen kan användas för att bilda ett tunt lager av material som kan vara antingen detsamma eller annorlunda än det underliggande underlaget när det gäller kemisk sammansättning och struktur. Epitaxy kan klassificeras i två primära kategorier baserat på förhållandet mellan substratet och det epitaxiella skiktet:HomoepitaxiochHeteroepitaxi.

Därefter kommer vi att analysera skillnaderna mellan homoepitaxi och heteroepitaxi från fyra dimensioner: odlat lager, kristallstruktur och gitter, exempel och applicering:

● Homoepitaxi: Detta inträffar när det epitaxiella skiktet är tillverkat av samma material som underlaget.

✔ Vuxet lager: Det epitaxiellt odlade skiktet är av samma material som substratskiktet.

✔ Kristallstruktur och gitter: Kristallstrukturen och gitterkonstanten för substratet och epitaxialskiktet är desamma.

✔ Exempel: Epitaxial tillväxt av mycket rent kisel över substratkisel.

✔ Applikation: Konstruktion av halvledarenheter där lager av olika dopingnivåer krävs eller rena filmer på substrat som är mindre rena.

● Heteroepitaxy: Detta involverar olika material som används för skiktet och underlaget, såsom växande aluminium gallium arsenid (algaas) på gallium arsenid (GAAS). Framgångsrik heteroepitaxi kräver liknande kristallstrukturer mellan de två materialen för att minimera defekter.

✔ Vuxet lager: Det epitaxiellt odlade skiktet är av ett annat material än substratskiktet.

✔ Kristallstruktur och gitter: Kristallstrukturen och gitterkonstanten för substratet och epitaxialskiktet är olika.

✔ Exempel: Epitaxiellt växande galliumarsenid på ett kiselsubstrat.

✔ Applikation: Konstruktion av halvledarenheter där lager av olika material behövs eller för att bygga en kristallin film av ett material som inte är tillgängligt som en enda kristall.

Faktorer som påverkar EPI -processen i halvledarskapning:

✔ Temperatur: Påverkar epitaxihastigheten och densitet som är epitaxial skikt. Temperaturen som krävs för epitaxiprocessen är högre än rumstemperatur, och värdet beror på typen av epitaxi.

✔ Tryck: Påverkar epitaxihastigheten och densitet som är epitaxial skikt.

✔ Brister: Defekter i epitaxi leder till felaktiga skivor. De fysiska förhållandena som krävs för EPI-processen bör upprätthållas för icke-defekt epitaxial skikttillväxt.

✔ Önskad position: Den epitaxiella tillväxten bör vara i rätt position på kristallen. De regioner som bör uteslutas från den epitaxiala processen bör filmas korrekt för att förhindra tillväxt.

✔ Autodoping: Eftersom epitaxiprocessen genomförs vid höga temperaturer kan dopande atomer kunna föra variationer i materialet.

Epitaxial tillväxttekniker

Det finns flera metoder för att utföra epitaxiprocessen: flytande fasepitaxi, hybridångfasepitaxi, fast fasepitaxi, atomskiktavsättning, kemisk ångavsättning, molekylär strålepitaxi, etc. Låt oss jämföra de två epitaxiprocesserna: CVD och MBE.

Epitaxial tillväxtlägen

Epitaxy tillväxtlägen: Epitaxial tillväxt kan ske genom olika lägen, vilket påverkar hur lager bildas:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Kännetecknas av tredimensionell ö tillväxt där kärnbildning sker före kontinuerlig filmbildning.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Involverar skikt-för-skikttillväxt, främjar enhetlig tjocklek.

✔ (c) Sidan-Krastans (SK): En kombination av VW och FM, med början med skikttillväxt som övergår till öns bildning efter en kritisk tjocklek har uppnåtts.

Epitaxy Growth: s betydelse vid halvledartillverkning

Epitaxy är avgörande för att förbättra de elektriska egenskaperna hos halvledarskivor. Förmågan att kontrollera dopningsprofiler och uppnå specifika materiella egenskaper gör epitaxi nödvändig i modern elektronik.

Dessutom blir epitaxiala processer allt viktigare för att utveckla högpresterande sensorer och kraftelektronik, vilket återspeglar pågående framsteg inom halvledarteknologi. Den precision som krävs vid kontroll av parametrar somtemperatur, tryck och gasflödeshastighetUnder epitaxiell tillväxt är avgörande för att uppnå kristallina skikt av hög kvalitet med minimala defekter.