Origen del nom "Hòstia epitaxial"
La preparació de les hòsties consta de dos passos principals: preparació del substrat i procés epitaxial. El substrat està fet de material semiconductor monocristal i normalment es processa per produir dispositius semiconductors. També pot patir un processament epitaxial per formar una hòstia epitaxial. L'epitaxia es refereix al procés de fer créixer una nova capa d'un sol cristall sobre un substrat monocristal acuradament processat. El nou cristall simple pot ser del mateix material que el substrat (epitaxia homogènia) o un material diferent (epitaxia heterogènia). Com que la nova capa de cristall creix en alineació amb l'orientació del cristall del substrat, s'anomena capa epitaxial. L'hòstia amb la capa epitaxial s'anomena hòstia epitaxial (hòstia epitaxial = capa epitaxial + substrat). Els dispositius fabricats a la capa epitaxial s'anomenen "epitaxia cap endavant", mentre que els dispositius fabricats al substrat s'anomenen "epitaxia inversa", on la capa epitaxial només serveix com a suport.
Epitaxia homogènia i heterogènia
▪Epitaxia homogènia:La capa epitaxial i el substrat estan fets del mateix material: per exemple, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Epitaxia heterogènia:La capa epitaxial i el substrat estan fets de diferents materials: per exemple, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, etc.
Hòsties polides
Quins problemes resol l'epitaxia?
Els materials monocristalls a granel només són insuficients per satisfer les demandes cada cop més complexes de la fabricació de dispositius semiconductors. Per tant, a finals de 1959, es va desenvolupar la tècnica de creixement de material d'un sol cristall prim coneguda com a epitaxia. Però, com va ajudar específicament la tecnologia epitaxial a l'avenç dels materials? Per al silici, el desenvolupament de l'epitaxia de silici es va produir en un moment crític en què la fabricació de transistors de silici d'alta freqüència i gran potència es va enfrontar a dificultats importants. Des de la perspectiva dels principis dels transistors, l'aconseguiment d'alta freqüència i potència requereix que la tensió de ruptura de la regió del col·lector sigui alta i la resistència de la sèrie sigui baixa, el que significa que la tensió de saturació hauria de ser petita. El primer requereix una alta resistivitat en el material del col·lector, mentre que el segon requereix una resistivitat baixa, la qual cosa crea una contradicció. Reduir el gruix de la regió del col·lector per reduir la resistència en sèrie faria que l'hòstia de silici sigui massa fina i fràgil per al processament, i reduir la resistivitat entraria en conflicte amb el primer requisit. El desenvolupament de la tecnologia epitaxial va resoldre amb èxit aquest problema. La solució va ser fer créixer una capa epitaxial d'alta resistivitat sobre un substrat de baixa resistivitat. El dispositiu es fabrica a la capa epitaxial, assegurant l'alta tensió de ruptura del transistor, mentre que el substrat de baixa resistivitat redueix la resistència de la base i redueix la tensió de saturació, resolent la contradicció entre els dos requisits.
A més, les tecnologies epitaxials per a semiconductors compostos III-V i II-VI com GaAs, GaN i altres, inclosa l'epitaxia en fase de vapor i fase líquida, han experimentat avenços significatius. Aquestes tecnologies s'han convertit en essencials per a la fabricació de molts dispositius de microones, optoelectrònics i de potència. En particular, tècniques com l'epitaxia de feix molecular (MBE) i la deposició de vapor químic metall-orgànic (MOCVD) s'han aplicat amb èxit a capes primes, superreticules, pous quàntics, superreticules tenses i capes epitaxials primes a escala atòmica, establint una base sòlida per a el desenvolupament de nous camps de semiconductors com ara "enginyeria de bandes".
En aplicacions pràctiques, la majoria de dispositius semiconductors de banda ampla es fabriquen en capes epitaxials, amb materials com el carbur de silici (SiC) que s'utilitzen únicament com a substrats. Per tant, controlar la capa epitaxial és un factor crític en la indústria de semiconductors de banda ampla.
Tecnologia epitàxia: set característiques clau
1. L'epitaxia pot fer créixer una capa de resistivitat alta (o baixa) sobre un substrat de resistivitat baixa (o alta).
2. L'epitaxia permet el creixement de capes epitaxials de tipus N (o P) sobre substrats de tipus P (o N), formant directament una unió PN sense els problemes de compensació que sorgeixen quan s'utilitza la difusió per crear una unió PN sobre un substrat de cristall únic.
3. Quan es combina amb la tecnologia de màscara, el creixement epitaxial selectiu es pot realitzar en àrees específiques, permetent la fabricació de circuits integrats i dispositius amb estructures especials.
4. El creixement epitaxial permet controlar els tipus i concentracions de dopatge, amb la capacitat d'aconseguir canvis bruscos o graduals de concentració.
5. L'epitaxia pot créixer compostos heterogenis, multicapa i multicomponents amb composicions variables, incloses capes ultrafines.
6. El creixement epitaxial es pot produir a temperatures per sota del punt de fusió del material, amb una taxa de creixement controlable, que permet una precisió a nivell atòmic en el gruix de la capa.
7. L'epitaxia permet el creixement de capes de cristall únic de materials que no es poden extreure en cristalls, com ara GaN i semiconductors compostos ternaris/quaternaris.
Diverses capes epitaxials i processos epitaxials
En resum, les capes epitaxials ofereixen una estructura cristal·lina perfecta i més fàcil de controlar que els substrats a granel, cosa que és beneficiosa per al desenvolupament de materials avançats.
Hora de publicació: 24-12-2024