روند epitaxial چیست؟

نمای کلی از فرآیندهای اپیتاکسیال

اصطلاح "epitaxy" از کلمات یونانی "epi" ، به معنی "بر" و "تاکسی" ، به معنی "دستور داده شده" مشتق شده است ، که نشانگر ماهیت مرتب شده رشد کریستالی است. Epitaxy یک فرآیند مهم در ساخت نیمه هادی است ، با اشاره به رشد یک لایه کریستالی نازک بر روی یک بستر کریستالی. فرآیند Epitaxy (EPI) در ساخت نیمه هادی با هدف رسوب یک لایه ریز از کریستال تک ، معمولاً در حدود 0.5 تا 20 میکرون ، بر روی یک بستر کریستالی واحد قرار دارد. فرآیند EPI یک گام مهم در ساخت دستگاه نیمه هادی است ، به خصوص درویفرساخت

Epitaxy امکان رسوب فیلم های نازک را فراهم می کند که بسیار مرتب شده اند و می توانند برای خواص الکترونیکی خاص تنظیم شوند. این فرایند برای ایجاد دستگاه های نیمه هادی با کیفیت بالا مانند دیودها ، ترانزیستورها و مدارهای یکپارچه ضروری است.

انواع اپیتاکس

در فرآیند اپیتاکس ، جهت گیری رشد توسط کریستال پایه زیرین تعیین می شود.  بسته به تکرار رسوب ، می توان یک یا بسیاری از لایه های اپیتاکسی وجود داشت. از فرآیند Epitaxy می توان برای ایجاد یک لایه نازک از مواد استفاده کرد که از نظر ترکیب و ساختار شیمیایی می تواند یکسان باشد یا متفاوت از بستر زیرین باشد. Epitaxy را می توان بر اساس رابطه بین بستر و لایه اپیتاکسی به دو دسته اصلی طبقه بندی کرد:همجنسگراییوتدگرگونی.

در مرحله بعد ، ما تفاوت های بین هموپیتاکس و هتروپیتاکس را از چهار بعد تجزیه و تحلیل خواهیم کرد: لایه رشد یافته ، ساختار کریستال و شبکه ، مثال و کاربرد:

● homoepitaxy: این زمانی اتفاق می افتد که لایه اپیتاکسیال از همان ماده ای با بستر ساخته می شود.

✔ لایه رشد یافته: لایه رشد یافته اپیتاکس از همان ماده لایه بستر است.

✔ ساختار کریستال و شبکه: ساختار کریستال و ثابت شبکه بستر و لایه اپیتاکسیال یکسان هستند.

✔ مثال: رشد اپیتاکسی سیلیکون بسیار خالص بر روی سیلیکون بستر.

✔ برنامه: ساخت دستگاه نیمه هادی که در آن لایه های سطح دوپینگ مختلف مورد نیاز است یا فیلم های خالص بر روی بسترها که کمتر خالص هستند.

heteroepitaxy: این شامل مواد مختلفی است که برای لایه و بستر استفاده می شود ، مانند رشد آرسنید گالیم آلومینیوم (ALGAAS) در گالیم آرسنید (GAAS). هتروپیتاکسی موفق به ساختارهای کریستالی مشابه بین دو ماده نیاز دارد تا نقص را به حداقل برساند.

✔ لایه رشد یافته: لایه رشد یافته اپیتاکس از ماده متفاوتی نسبت به لایه بستر است.

✔ ساختار کریستال و شبکه: ساختار کریستال و ثابت شبکه بستر و لایه اپیتاکسیال متفاوت است.

✔ مثال: آرسنید گالیم در حال رشد در یک بستر سیلیکون.

✔ برنامه: ساخت دستگاه نیمه هادی که در آن لایه های مواد مختلف مورد نیاز یا ساخت یک فیلم کریستالی از یک ماده است که به عنوان یک کریستال واحد در دسترس نیست.

عوامل مؤثر بر فرآیند EPI در ساخت نیمه هادی:

✔ درجه حرارت: بر میزان اپیتاکس و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. دمای مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی بالاتر از دمای اتاق است و مقدار آن به نوع اپیتاکسی بستگی دارد.

✔ فشار: بر میزان اپیتاکس و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد.

✔ نقص: نقص در اپیتاکسی منجر به ویفرهای معیوب می شود. شرایط فیزیکی مورد نیاز برای فرآیند EPI باید برای رشد لایه اپی کلیسای غیر نقص حفظ شود.

✔ موقعیت مطلوب: رشد اپیتاکسیال باید در موقعیت های صحیح در کریستال قرار داشته باشد. مناطقی که باید از فرآیند اپیتاکسیال خارج شوند ، باید به درستی فیلمبرداری شوند تا از رشد جلوگیری شود.

✔ خودجایی: از آنجا که فرآیند اپیتاکس در دماهای بالا انجام می شود ، اتم های دوپانت ممکن است قادر به ایجاد تغییرات در مواد باشند.

تکنیک های رشد اپیتاکسیال

روش های مختلفی برای انجام فرآیند epitaxy وجود دارد: اپیتاکس فاز مایع ، اپیتاکس فاز بخار ترکیبی ، اپیتاکس فاز جامد ، رسوب لایه اتم ، رسوب بخار شیمیایی ، اپیتاکس پرتو مولکولی و غیره. بیایید دو فرآیند Epitaxy را با هم مقایسه کنیم: CVD و MBE.

حالت های رشد epitaxial

حالت های رشد epitaxy: رشد اپیتاکسیال می تواند از طریق حالت های مختلف رخ دهد ، که بر نحوه شکل گیری لایه ها تأثیر می گذارد:

✔ (الف) ولمر-وبر (VW): با رشد جزیره سه بعدی که در آن هسته قبل از شکل گیری مداوم فیلم رخ می دهد ، مشخص می شود.

(ب)Frank-van der Merwe (FM): شامل رشد لایه به لایه ، ارتقاء ضخامت یکنواخت.

(ج) The Side-Krastans (SK): ترکیبی از VW و FM ، با رشد لایه ای که پس از رسیدن به ضخامت بحرانی به شکل گیری جزیره منتقل می شود ، شروع می شود.

اهمیت رشد Epitaxy در تولید نیمه هادی

Epitaxy برای تقویت خواص الکتریکی ویفرهای نیمه هادی بسیار حیاتی است. توانایی کنترل پروفایل های دوپینگ و دستیابی به ویژگی های خاص مواد باعث می شود که اپیتاکس در الکترونیک مدرن ضروری باشد.

علاوه بر این ، فرآیندهای اپیتاکسیال در توسعه سنسورهای با کارایی بالا و الکترونیک قدرت به طور فزاینده ای معنی دار هستند و این نشان دهنده پیشرفت های مداوم در فناوری نیمه هادی است. دقت مورد نیاز در کنترل پارامترهایی ماننددرجه حرارت ، فشار و سرعت جریان گازدر طول رشد اپیتاکسیال برای دستیابی به لایه های کریستالی با کیفیت بالا با حداقل نقص بسیار مهم است.