Pam mae Dyfeisiau Lled-ddargludyddion angen “Haen Epitaxial”

Tarddiad yr Enw “Epitaxial Wafer”

Mae paratoi wafferi yn cynnwys dau brif gam: paratoi swbstrad a phroses epitaxial. Mae'r swbstrad wedi'i wneud o ddeunydd crisial sengl lled-ddargludyddion ac fel arfer caiff ei brosesu i gynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion. Gall hefyd gael ei brosesu epitaxial i ffurfio waffer epitaxial. Mae Epitaxy yn cyfeirio at y broses o dyfu haen grisial sengl newydd ar swbstrad grisial sengl wedi'i brosesu'n ofalus. Gall y grisial sengl newydd fod o'r un deunydd â'r swbstrad (epitaxy homogenaidd) neu ddeunydd gwahanol (eptaxy heterogenaidd). Gan fod yr haen grisial newydd yn tyfu mewn aliniad â chyfeiriadedd grisial y swbstrad, fe'i gelwir yn haen epitaxial. Cyfeirir at y wafer gyda'r haen epitaxial fel wafer epitaxial (wafer epitaxial = haen epitaxial + swbstrad). Gelwir dyfeisiau sydd wedi'u ffugio ar yr haen epitaxial yn “epitaxial ymlaen,” tra bod dyfeisiau sydd wedi'u gwneud ar y swbstrad yn cael eu galw'n “epitaxy gwrthdro,” lle mae'r haen epitaxial yn gwasanaethu fel cefnogaeth yn unig.

Epitaxy Homogenaidd a Heterogenaidd

▪Epitacsi homogenaidd:Mae'r haen epitaxial a'r swbstrad wedi'u gwneud o'r un deunydd: ee, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.

▪Epitacsi Heterogenaidd:Mae'r haen epitaxial a'r swbstrad wedi'u gwneud o wahanol ddeunyddiau: e.e., Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, ac ati.

Wafferi caboledig

Pa Broblemau Mae Epitaxy yn eu Datrys?

Nid yw deunyddiau swmp grisial sengl yn unig yn ddigon i gwrdd â gofynion cynyddol gymhleth gwneuthuriad dyfeisiau lled-ddargludyddion. Felly, ddiwedd 1959, datblygwyd y dechneg twf deunydd crisial sengl tenau a elwir yn epitaxy. Ond sut gwnaeth technoleg epitaxial helpu'n benodol i hyrwyddo deunyddiau? Ar gyfer silicon, digwyddodd datblygiad epitacsi silicon ar adeg dyngedfennol pan wynebodd gwneuthuriad transistorau silicon pŵer uchel amledd uchel anawsterau sylweddol. O safbwynt egwyddorion transistor, mae cyflawni amledd a phŵer uchel yn ei gwneud yn ofynnol i foltedd chwalu'r rhanbarth casglwr fod yn uchel, a gwrthiant y gyfres fod yn isel, sy'n golygu y dylai'r foltedd dirlawnder fod yn fach. Mae'r cyntaf yn gofyn am wrthedd uchel yn y deunydd casglwr, tra bod angen gwrthedd isel ar yr olaf, sy'n creu gwrth-ddweud. Byddai lleihau trwch y rhanbarth casglwr i leihau ymwrthedd cyfres yn gwneud y wafer silicon yn rhy denau ac yn fregus i'w brosesu, a byddai gostwng y gwrthedd yn gwrthdaro â'r gofyniad cyntaf. Llwyddodd datblygiad technoleg epitaxial i ddatrys y mater hwn yn llwyddiannus. Yr ateb oedd tyfu haen epitaxial gwrthedd uchel ar swbstrad gwrthedd isel. Mae'r ddyfais wedi'i ffugio ar yr haen epitaxial, gan sicrhau foltedd dadansoddiad uchel y transistor, tra bod y swbstrad gwrthedd isel yn lleihau'r gwrthiant sylfaen ac yn gostwng y foltedd dirlawnder, gan ddatrys y gwrth-ddweud rhwng y ddau ofyniad.

Yn ogystal, mae technolegau epitaxial ar gyfer lled-ddargludyddion cyfansawdd III-V a II-VI fel GaAs, GaN, ac eraill, gan gynnwys cyfnod anwedd ac epitacsi cyfnod hylif, wedi gweld datblygiadau sylweddol. Mae'r technolegau hyn wedi dod yn hanfodol ar gyfer cynhyrchu llawer o ddyfeisiau microdon, optoelectroneg a phŵer. Yn benodol, mae technegau fel epitaxy trawst moleciwlaidd (MBE) a dyddodiad anwedd cemegol metel-organig (MOCVD) wedi'u cymhwyso'n llwyddiannus i haenau tenau, uwchlatticau, ffynhonnau cwantwm, uwchlattigau dan straen, a haenau epitaxial tenau ar raddfa atomig, gan osod sylfaen gadarn ar gyfer datblygu meysydd lled-ddargludyddion newydd fel “peirianneg bandiau.”

Mewn cymwysiadau ymarferol, mae'r rhan fwyaf o ddyfeisiau lled-ddargludyddion bwlch llydan yn cael eu gwneud ar haenau epitaxial, gyda deunyddiau fel silicon carbid (SiC) yn cael eu defnyddio fel swbstradau yn unig. Felly, mae rheoli'r haen epitaxial yn ffactor hollbwysig yn y diwydiant lled-ddargludyddion bandgap eang.

Technoleg Epitaxy: Saith Nodwedd Allweddol

1. Gall epitacsi dyfu haen gwrthedd uchel (neu isel) ar swbstrad gwrthedd isel (neu uchel).

2. Mae epitaxy yn caniatáu twf haenau epitaxial math N (neu P) ar swbstradau math P (neu N), gan ffurfio cyffordd PN yn uniongyrchol heb y materion iawndal sy'n codi wrth ddefnyddio trylediad i greu cyffordd PN ar swbstrad grisial sengl.

3. Wrth gyfuno â thechnoleg mwgwd, gellir perfformio twf epitaxial dethol mewn meysydd penodol, gan alluogi gwneuthuriad cylchedau integredig a dyfeisiau gyda strwythurau arbennig.

4. Mae twf epitaxial yn caniatáu ar gyfer rheoli mathau o gyffuriau a chrynodiadau, gyda'r gallu i gyflawni newidiadau sydyn neu raddol mewn crynodiad.

5. Gall epitaxy dyfu cyfansoddion heterogenaidd, aml-haenog, aml-gydran gyda chyfansoddiadau amrywiol, gan gynnwys haenau uwch-denau.

6. Gall twf epitaxial ddigwydd ar dymheredd islaw pwynt toddi y deunydd, gyda chyfradd twf y gellir ei reoli, gan ganiatáu ar gyfer cywirdeb lefel atomig mewn trwch haen.

7. Mae epitacsi yn galluogi twf haenau grisial sengl o ddeunyddiau na ellir eu tynnu i grisialau, megis GaN a lled-ddargludyddion cyfansawdd teiran/cwaternaidd.

Amrywiol Haenau Epitaxial a Phrosesau Epitaxial

I grynhoi, mae haenau epitaxial yn cynnig strwythur grisial a reolir yn haws ac yn berffaith na swbstradau swmp, sy'n fuddiol ar gyfer datblygu deunyddiau uwch.