Substraat en epitaxie

Bij het voorbereidingsproces van wafels zijn er twee kernschakels: de ene is de voorbereiding van het substraat en de andere is de implementatie van het epitaxiale proces. Het substraat, een wafel die zorgvuldig is gemaakt van halfgeleider-monokristalmateriaal, kan direct in het wafelproductieproces worden gebruikt als basis voor de productie van halfgeleiderapparaten, of de prestaties verder verbeteren via het epitaxiale proces.

Dus wat is dat?epitaxie? Kort gezegd is epitaxie het laten groeien van een nieuwe laag monokristallen op een monokristalsubstraat dat fijn is bewerkt (snijden, slijpen, polijsten, enz.). Dit nieuwe monokristal en het substraat kunnen van hetzelfde materiaal of van verschillende materialen zijn gemaakt, zodat naar behoefte een homogene of heterogene epitaxie kan worden bereikt. Omdat de nieuw gegroeide monokristallijne laag zal uitzetten afhankelijk van de kristalfase van het substraat, wordt deze een epitaxiale laag genoemd. De dikte ervan bedraagt ​​doorgaans slechts enkele microns. Als we silicium als voorbeeld nemen, bestaat epitaxiale groei van silicium uit het laten groeien van een laag silicium-eenkristallaag met dezelfde kristaloriëntatie als het substraat, regelbare soortelijke weerstand en dikte, en een perfecte roosterstructuur op een silicium-eenkristalsubstraat met een specifieke kristaloriëntatie. Wanneer de epitaxiale laag op het substraat groeit, wordt het geheel een epitaxiale wafer genoemd.

Voor de traditionele siliciumhalfgeleiderindustrie zal het direct op siliciumwafels maken van hoogfrequente en hoogvermogenapparaten enkele technische problemen tegenkomen, zoals de hoge doorslagspanning, kleine serieweerstand en kleine verzadigingsspanningsval in het collectorgebied die moeilijk te bereiken zijn. De introductie van epitaxiale technologie lost deze problemen op slimme wijze op. De oplossing is om een ​​epitaxiale laag met hoge weerstand te laten groeien op een siliciumsubstraat met lage weerstand, en vervolgens apparaten te maken op de epitaxiale laag met hoge weerstand. Op deze manier zorgt de epitaxiale laag met hoge weerstand voor een hoge doorslagspanning voor het apparaat, terwijl het substraat met lage weerstand de weerstand van het substraat vermindert, waardoor de verzadigingsspanningsval wordt verminderd, waardoor een evenwicht wordt bereikt tussen hoge doorslagspanning en lage weerstand. en lage spanningsval.

In aanvulling,epitaxiaalTechnologieën zoals dampfase-epitaxie en vloeistoffase-epitaxie van III-V, II-VI en andere moleculaire samengestelde halfgeleidermaterialen zoals GaAs zijn ook sterk ontwikkeld en zijn onmisbare procestechnologieën geworden voor de productie van de meeste microgolfapparaten, opto-elektronische apparaten, apparaten, enz., vooral de succesvolle toepassing van moleculaire bundel- en metaal-organische dampfase-epitaxie in dunne lagen, superroosters, kwantumputten, gespannen superroosters en atomaire dunne-laag-epitaxie, die een solide basis heeft gelegd voor de ontwikkeling van "bandtechniek" , een nieuw veld van halfgeleideronderzoek.

Wat de halfgeleiderapparaten van de derde generatie betreft, dergelijke halfgeleiderapparaten worden bijna allemaal op de epitaxiale laag gemaakt, en desiliciumcarbide wafeltjezelf wordt alleen als substraat gebruikt. Parameters zoals de dikte en achtergronddragerconcentratie van SiCepitaxiaalmaterialen bepalen rechtstreeks de verschillende elektrische eigenschappen van SiC-apparaten. Siliciumcarbide-apparaten voor hoogspanningstoepassingen stellen nieuwe eisen aan parameters zoals de dikte en achtergronddragerconcentratie van epitaxiale materialen. Daarom speelt de epitaxiale technologie van siliciumcarbide een beslissende rol bij het volledig benutten van de prestaties van siliciumcarbide-apparaten. Bijna alle SiC-stroomapparaten zijn op basis van hoge kwaliteit voorbereidSiC epitaxiale wafels, en de productie van epitaxiale lagen is een belangrijk onderdeel van de halfgeleiderindustrie met grote bandafstand.