Substrat vs. Epitaxy: Podwójne filary produkcji płyt półprzewodnikowych

I. Podstawowe definicje podłoża i epitaxy

Substrata takżeepitaxiasą dwa zasadniczo różne, ale ściśle ze sobą powiązane pojęcia w produkcji płyt półprzewodnikowych.

Substrat:
Substrat jest zazwyczaj wysokiej czystości, wysokiej jakości materiałem jednokrystalicznym, który służy jako "podstawa" dla wszystkich kolejnych procesów półprzewodnikowych.Zapewnia nie tylko wsparcie mechaniczne, ale także dobrze uporządkowany szablon siatki niezbędny do produkcji urządzenia.
 

Do najczęstszych materiałów należą:Silikon (Si), węglik krzemowy (SiC), szafir (Al2O3), arsenek galium (GaAs) itp.

Epitaxy:
Epitaxy odnosi się do kontrolowanego wzrostu nowej, wysokiej jakości jednokrystalicznej folii na powierzchni podłoża.warstwa skrzepowa.
Warstwa epitaksyalna może być wykonana z tego samego materiału co podłoże (homeopatyka) lub innego materiału (heteroepitaksja)).

II. Związek w procesie wytwarzania płytek

Krok 1: Przygotowanie podłoża
Wysokiej czystości płytki jednokrystaliczne wytwarzane są metodami takimi jak proces Czochralskiego lub technika strefy pływającej.płytki są gotowe do użycia jako podłoże.

Krok 2: Wzrost naczelny
Na powierzchni podłoża wytwarzana jest wysokiej jakości warstwa jednokrystaliczna, często o wyższej czystości, kontrolowanym stężeniu dopingu, precyzyjnie określonej grubościi mniejsza liczba wad konstrukcyjnych w celu spełnienia specyficznych wymogów projektowania urządzenia.

III. Czym jest podłoże?

Funkcja 1: Wsparcie mechaniczne
Substrat służy jako platforma dla wszystkich kolejnych procesów i urządzeń.

Funkcja 2: Wzór siatki
Struktura kryształowej siatki podłoża określa jakość krystaliczną warstwy nakładkowej, co z kolei bezpośrednio wpływa na wydajność urządzenia.

Funkcja 3: Podstawa elektryczna
Wewnętrzne właściwości elektryczne materiału podłoża wpływają na podstawowe właściwości układu, takie jak przewodność i rezystywność.

Przykład:
W większości fabryk półprzewodnikowych punktem wyjścia jest 6-calowa płytka krzemu jednokrystalicznego.

IV. Co to jest epitaxia?

Zasada wzrostu epitaksjalnego:
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.

Powszechne techniki wzrostu na wierzchu:

• Epitaxy fazy pary (VPE):Najczęściej stosowana metoda: gazowe prekursory są wprowadzane do komory reakcyjnej o wysokiej temperaturze, gdzie odkładają się i krystalizują na powierzchni podłoża.Epitaxy krzemu często wykorzystuje tetrachlorek krzemu lub triklorosilan jako źródła gazu.- Nie.

• Epitaxy fazy ciekłej (LPE):Materiały są odkładane i krystalizowane w postaci ciekłej na podłożu, głównie w przypadku półprzewodników złożonych.

• Epitaxia wiązki molekularnej (MBE):Wysokiej precyzji metoda wykonywana w ultra wysokiej próżni, idealna do wytwarzania zaawansowanych struktur kwantowych i supersieci.

• Depozycja chemiczna par metalowo-organicznych (MOCVD):Specjalnie nadaje się do półprzewodników III-V, takich jak GaN i GaAs.

Funkcje Epitaxy:

• Zwiększona czystość i płaskość powierzchni:Nawet wypolerowany podłoże ma mikroskopijne niedoskonałości; epitaxia tworzy prawie bezbłędną warstwę powierzchni.

• Niestandardowe właściwości elektryczne i strukturalne:Pozwala na precyzyjną kontrolę typu dopingu (typ N/typ P), stężenia i grubości warstwy w celu spełnienia określonych wymagań funkcjonalnych.

• Umożliwia wielowarstwowe lub heterostruktury:Niezbędne dla struktur takich jak wielokrotne studnie kwantowe i supersieci, które są osiągalne tylko dzięki wzrostowi epitaksyalnemu.

V. Różnice pomiędzy homoepitaxją a heteroepitaxją i ich zastosowania

Homoepitaksja:
Podłoże i warstwa epitaksyalna składają się z tego samego materiału (np. warstwa epitaksyalna Si na podłożu Si).

• Zalety:Umożliwia znacznie lepszą jakość powierzchni, zmniejszoną gęstość wad oraz zwiększoną wydajność i spójność urządzenia.

• Zastosowanie:Szeroko stosowane w urządzeniach energetycznych i układach scalonych.

Heteroepitaxy:
Podłoże i warstwa epitaksjalna są z różnych materiałów (np. warstwa epitaksjalna GaN na podłożu safirze).

• Zalety:Łączy pożądane właściwości różnych materiałów w celu osiągnięcia wyższej wydajności elektrycznej i optycznej, pomijając ograniczenia systemów z jednego materiału.

• Wady:Niestosowanie sieci i różnice współczynnika rozszerzenia termicznego często prowadzą do naprężenia, zwichnięć i innych wad, które wymagają warstw buforowych lub optymalizacji strukturalnych.

• Zastosowanie:GaN jest często uprawiany na szafirze, krzemowym lub SiC podłożu.

VI. Krytyczna rola epitaxy w półprzewodnikach trzeciej generacji

W półprzewodnikach trzeciej generacji (np. SiC, GaN) prawie wszystkie zaawansowane urządzenia energetyczne i optoelektroniczne opierają się na warstwach epitaksyalnych.

Przykład: Urządzenia SiC:
Kluczowe parametry, takie jak napięcie awaryjne i rezystancja włączona, są określane przez grubość i stężenie dopingu warstwy nawierzchowkowej.Substrat SiC zapewnia wsparcie mechaniczne i szablon siatki, ale warstwa epitaksjalna określa rzeczywistą wydajność urządzenia.

Im grubsza i wolniejsza od wad warstwa epitaksjalna, tym wyższe napięcie rozbicia i tym lepsza wydajność.

W związku z powyższym w przemyśle półprzewodników o szerokim zakresie pasmowym technologia wzrostu epitaksyjnego bezpośrednio określa pułap wydajności urządzeń końcowych.

Produkty pokrewne

12-calowa płytka SiC 300 mm płytka węglowodorkowa przewodząca klasę N-Type

4H/6H P-Type Sic Wafer 4" 6" Z Grade P Grade D Grade Off Axis 2.0°-4.0° W kierunku P-Type Doping