Epitaksial vækst, ofte også omtalt som epitaksi, er en af de vigtigste processer i fremstillingen af halvledermaterialer og -komponenter. Den såkaldte epitaksiale vækst foregår under visse betingelser i enkeltkrystalsubstratet på væksten af et lag af en enkeltproduktfilm. Væksten af enkeltkrystalfilm kaldes epitaksialt lag. Epitaksialteknologi er baseret på forskning i silicium-enkeltkrystal-tyndfilm i begyndelsen af 1960'erne. På baggrund af udviklingen har folk i næsten et halvt århundrede været i stand til at realisere en række forskellige halvlederfilm under visse betingelser for epitaksial vækst. Epitaksialteknologi har løst mange problemer i halvleder-diskrete komponenter og integrerede kredsløb og forbedret enhedens ydeevne betydeligt. Epitaksialfilm kan mere præcist kontrollere dens tykkelse og dopingegenskaber, hvilket har ført til den hurtige udvikling af integrerede halvlederkredsløb til et mere perfekt stadie. Silicium-enkeltkrystal kan ved at skære, slibning, polering og andre forarbejdningsteknikker poleres plader, hvorpå man kan fremstille diskrete komponenter og integrerede kredsløb. Men i mange tilfælde bruges denne polerede plade kun som en mekanisk understøtning for substratet, hvor det er nødvendigt først at dyrke et lag af enkrystalfilm med den passende type ledningsevne og resistivitet, og derefter producere diskrete komponenter eller integrerede kredsløb i en enkeltkrystalfilm. Denne metode bruges for eksempel til produktion af silicium højfrekvente højeffekttransistorer, der løser konflikten mellem gennembrudsspænding og seriemodstand. Transistorens kollektor kræver en høj gennembrudsspænding, som bestemmes af resistiviteten af pn-overgangen i siliciumwaferen. For at opfylde dette krav kræves der materialer med høj modstand. Folk bruger de stærkt doterede n-type lavmodstandsmaterialer på det epitaksiale, let doterede n-type højmodstandslag, der er flere til et dusin mikron tykke. Transistorproduktion i det epitaksiale lag løser modsætningen mellem den høje gennembrudsspænding, der kræves af den høje resistivitet, og den lave kollektorseriemodstand, der kræves af den lave substratresistivitet.
Gasfase-epitaksial vækst er den tidligste anvendelse inden for halvlederfeltet af en mere moden epitaksial vækstteknologi, som spiller en vigtig rolle i udviklingen af halvledervidenskab og i høj grad bidrager til kvaliteten af halvledermaterialer og -komponenter og deres forbedring af ydeevne. I øjeblikket er fremstillingen af halvleder-enkeltkrystal-epitaksialfilm den vigtigste metode til kemisk dampaflejring. Den såkaldte kemiske dampaflejring, det vil sige brugen af gasformige stoffer på den faste overflade under den kemiske reaktion, processen med at generere faste aflejringer. CVD-teknologi kan dyrke enkeltkrystalfilm af høj kvalitet for at opnå den nødvendige doteringstype og epitaksialtykkelse, hvilket er let at realisere masseproduktion og har derfor været meget anvendt i industrien. I industrien har den epitaksiale wafer fremstillet ved CVD ofte et eller flere nedgravede lag, som kan bruges til at kontrollere komponentstrukturen og doteringsfordelingen ved diffusion eller ionimplantation; de fysiske egenskaber ved CVD-epitaksiallaget er forskellige fra bulkmaterialets, og ilt- og kulstofindholdet i det epitaksiale lag er generelt meget lavt, hvilket er dens fordel. Imidlertid er det let at danne selvdopende CVD-epitaksiale lag. I praktiske anvendelser er der behov for visse foranstaltninger for at reducere selvdopende CVD-lag. CVD-teknologien er stadig i en empirisk procesfase, og der er behov for mere dybdegående forskning for at fortsætte udviklingen af CVD-teknologien.
CVD-vækstmekanismen er meget kompleks. I den kemiske reaktion omfatter den normalt en række komponenter og stoffer, hvilket kan producere en række mellemprodukter, og der er mange uafhængige variabler, såsom temperatur, tryk, gasstrømningshastighed osv.. Epitaksialt forløb har en række successive frem-og-tilbage-processer, der udvikler og forbedrer hinanden. Epitaksialt forløb har mange successive, gensidigt udvidende og perfektionerende trin. For at analysere processen og mekanismen for CVD-epitaksial vækst skal man først og fremmest afklare opløseligheden af reaktive stoffer i gasfasen, ligevægtspartialtrykket af forskellige gasser, klarlægge kinetiske og termodynamiske processer; derefter skal man forstå massetransporten af reaktive gasser fra gasfasen til substratoverfladen, dannelsen af grænselaget for gasstrømmen og substratoverfladen, væksten af kernen, samt overfladereaktionen, diffusionen og migrationen, og dermed i sidste ende generere den ønskede film. I CVD-vækstprocessen spiller reaktorens udvikling og fremskridt en afgørende rolle, hvilket i høj grad bestemmer kvaliteten af det epitaksialt lag. Overflademorfologien af det epitaksiale lag, gitterdefekter, fordeling og kontrol af urenheder, tykkelse og ensartethed af det epitaksiale lag påvirker direkte enhedens ydeevne og udbytte.
– Denne artikel er udgivet afproducent af vakuumbelægningsmaskinerGuangdong Zhenhua
Udsendelsestidspunkt: 4. maj 2024