Substraat ja epitaktika

Vahvlite valmistamise protsessis on kaks põhilüli: üks on substraadi ettevalmistamine ja teine ​​​​epitaksiaalse protsessi rakendamine. Substraadi, mis on hoolikalt valmistatud pooljuht monokristallmaterjalist, saab otse pooljuhtseadmete tootmise alusena panna vahvlite tootmisprotsessi või suurendada jõudlust epitaksiaalse protsessi kaudu.

Niisiis, mis onepitaksia? Lühidalt öeldes seisneb epitaksia uue monokristallikihi kasvatamine ühekristallilisele substraadile, mis on peenelt töödeldud (lõigatud, lihvitud, poleeritud jne). See uus monokristall ja substraat võivad olla valmistatud samast materjalist või erinevatest materjalidest, nii et vastavalt vajadusele on võimalik saavutada homogeenne või heterogeenne epitaks. Kuna äsja kasvanud monokristallikiht laieneb vastavalt substraadi kristallifaasile, nimetatakse seda epitaksiaalseks kihiks. Selle paksus on tavaliselt vaid paar mikronit. Võttes näiteks räni, tähendab räni epitaksiaalne kasvatamine räni monokristallkihi kihi kasvatamist, millel on substraadiga sama kristallide orientatsioon, kontrollitav takistus ja paksus ning täiuslik võre struktuur konkreetse kristalli orientatsiooniga räni monokristall-substraadil. Kui substraadil kasvab epitaksiaalne kiht, nimetatakse seda tervikut epitaksiaalseks vahvliks.

Traditsioonilise räni pooljuhtide tööstuse jaoks tekib kõrgsageduslike ja suure võimsusega seadmete valmistamine otse räniplaatidel teatud tehniliste raskustega, nagu kõrge läbilöögipinge, väikeseeria takistus ja väike küllastuspinge langus kollektori piirkonnas on raske saavutada. Epitaksiaaltehnoloogia kasutuselevõtt lahendab need probleemid nutikalt. Lahenduseks on suure takistusega epitaksiaalse kihi kasvatamine madala eritakistusega ränisubstraadile ja seejärel seadmete valmistamine suure takistusega epitaksiaalsele kihile. Sel viisil tagab suure takistusega epitaksiaalkiht seadmele kõrge läbilöögipinge, samas kui madala eritakistusega substraat vähendab substraadi takistust, vähendades seeläbi küllastuspinge langust, saavutades seeläbi tasakaalu kõrge läbilöögipinge ja madala takistuse vahel. ja madal pingelang.

Lisaksepitaksiaalnetehnoloogiaid, nagu III-V, II-VI ja teiste molekulaarsete ühendite pooljuhtmaterjalide, näiteks GaA-de aurufaasi epitaks ja vedelfaasi epitaksia, on samuti palju arenenud ja neist on saanud asendamatud protsessitehnoloogiad enamiku mikrolaineseadmete, optoelektrooniliste seadmete, toiteallika tootmiseks. seadmed jne, eriti molekulaarkiire ja metalli orgaanilise aurufaasi epitaksia edukas rakendamine õhukestes kihtides, supervõredes, kvantkaevudes, pingestatud supervõredes ja aatomi õhukese kihi epitaksis, mis on loonud tugeva aluse "ribatehnoloogia" arengule. , uus pooljuhtide uurimise valdkond.

Mis puudutab kolmanda põlvkonna pooljuhtseadmeid, siis peaaegu kõik pooljuhtseadised on valmistatud epitaksiaalsel kihil jaränikarbiidist vahvelennast kasutatakse ainult substraadina. Sellised parameetrid nagu SiC paksus ja taustkandja kontsentratsioonepitaksiaalnematerjalid määravad otseselt SiC-seadmete erinevad elektrilised omadused. Kõrgepingerakenduste ränikarbiidiseadmed esitavad uued nõuded sellistele parameetritele nagu epitaksiaalsete materjalide paksus ja taustkandja kontsentratsioon. Seetõttu mängib ränikarbiidi epitaksiaaltehnoloogia ränikarbiidist seadmete täielikus toimimises otsustavat rolli. Peaaegu kõik SiC toiteseadmed on valmistatud kvaliteetseltSiC epitaksiaalsed vahvlid, ja epitaksiaalsete kihtide tootmine on laia ribalaiusega pooljuhtide tööstuse oluline osa.