Epitaksiyel büyüme, genellikle epitaksi olarak da adlandırılır, yarı iletken malzemelerin ve cihazların üretiminde en önemli süreçlerden biridir. Epitaksiyel büyüme, belirli koşullar altında tek kristalli bir alt tabaka üzerinde tek bir ürün film tabakasının büyütülmesi işlemidir; tek kristalli filmin büyümesine epitaksiyel tabaka denir. Epitaksiyel teknoloji, 1960'ların başlarında silikon tek kristalli ince film araştırmaları temelinde ortaya çıkmış ve yaklaşık yarım yüzyıldır geliştirilmektedir; bu sayede belirli koşullar altında çeşitli yarı iletken filmlerin epitaksiyel büyümesi gerçekleştirilebilmiştir. Epitaksiyel teknoloji, yarı iletken ayrık bileşenlerde ve entegre devrelerde birçok sorunu çözmüş ve cihazın performansını büyük ölçüde iyileştirmiştir. Epitaksiyel film, kalınlığını ve doping özelliklerini daha doğru bir şekilde kontrol edebilme özelliği sayesinde, yarı iletken entegre devrelerin hızla gelişmesine ve daha mükemmel bir aşamaya gelmesine yol açmıştır. Silikon tek kristal, dilimleme, taşlama, parlatma ve diğer işleme teknikleriyle parlatılmış levha elde edilir ve bu levha üzerinde ayrık bileşenler ve entegre devreler üretilebilir. Ancak birçok durumda bu cilalı levha yalnızca alt tabaka için mekanik bir destek görevi görür; bu durumda öncelikle uygun iletkenlik ve direnç tipine sahip tek kristalli bir film tabakası büyütülmesi ve ardından tek kristalli filmde ayrık bileşenlerin veya entegre devrelerin üretilmesi gerekir. Bu yöntem, örneğin, silikon yüksek frekanslı yüksek güçlü transistörlerin üretiminde, kırılma gerilimi ve seri direnç arasındaki çelişkiyi çözmek için kullanılır. Transistörün kollektörü, silikon levhanın pn ekleminin direnci tarafından belirlenen yüksek bir kırılma gerilimi gerektirir. Bu gereksinimi karşılamak için yüksek dirençli malzemeler gereklidir. Epitaksiyel olarak birkaç ila on iki mikron kalınlığında, yüksek oranda katkılı n-tipi düşük dirençli malzemeler üzerine, az katkılı yüksek dirençli n-tipi bir tabaka oluşturulur ve bu da yüksek direnç nedeniyle gereken yüksek kırılma gerilimi ile düşük alt tabaka direnci nedeniyle gereken düşük kollektör seri direnci arasındaki çelişkiyi çözer.
Gaz fazlı epitaksiyel büyüme, yarı iletken alanında daha olgun bir epitaksiyel büyüme teknolojisinin en erken uygulamasıdır ve yarı iletken biliminin gelişiminde önemli bir rol oynayarak, yarı iletken malzemelerin ve cihazların kalitesine ve performanslarının iyileştirilmesine büyük katkı sağlamıştır. Şu anda, yarı iletken tek kristal epitaksiyel filmin hazırlanmasında en önemli yöntem kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemidir. Kimyasal buhar biriktirme (CVD) olarak adlandırılan bu yöntem, gaz halindeki maddelerin katı yüzey üzerinde kimyasal reaksiyona girmesi ve katı birikintiler oluşturma işlemidir. CVD teknolojisi, yüksek kaliteli tek kristal filmler yetiştirebilir, gerekli doping tipini ve epitaksiyel kalınlığı elde edebilir, seri üretimi kolaylaştırabilir ve bu nedenle endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Endüstride, CVD ile hazırlanan epitaksiyel levha genellikle bir veya daha fazla gömülü katmana sahiptir; bu katmanlar, difüzyon veya iyon implantasyonu yoluyla cihaz yapısını ve doping dağılımını kontrol etmek için kullanılabilir; CVD epitaksiyel tabakasının fiziksel özellikleri, yığın malzemeden farklıdır ve epitaksiyel tabakanın oksijen ve karbon içeriği genellikle çok düşüktür, bu da onun avantajıdır. Ancak, CVD epitaksiyel tabakasının kendiliğinden doping oluşturması kolaydır; pratik uygulamalarda epitaksiyel tabakanın kendiliğinden dopingini azaltmak için belirli önlemler alınması gerekir. CVD teknolojisi hala bazı yönlerden deneysel süreç aşamasındadır ve daha derinlemesine araştırmalar yapılması gerekmektedir, böylece CVD teknolojisinin gelişimi devam edebilir.
CVD büyüme mekanizması oldukça karmaşıktır; kimyasal reaksiyon genellikle çeşitli bileşenler ve maddeler içerir, bir dizi ara ürün üretebilir ve sıcaklık, basınç, gaz akış hızı gibi birçok bağımsız değişken vardır. Epitaksiyel işlem, birbirini geliştiren ve iyileştiren birçok ardışık aşamadan oluşur. Epitaksiyel işlem, birbirini karşılıklı olarak genişleten ve mükemmelleştiren birçok ardışık adımdan oluşur. CVD epitaksiyel büyümesinin sürecini ve mekanizmasını analiz etmek için öncelikle reaktif maddelerin gaz fazındaki çözünürlüğünü, çeşitli gazların denge kısmi basıncını, kinetik ve termodinamik süreçleri açıklığa kavuşturmak gerekir; daha sonra reaktif gazların gaz fazından substrat yüzeyine kütle transferini, gaz akışının ve substrat yüzeyinin sınır tabakasının oluşumunu, çekirdek büyümesini, yüzey reaksiyonunu, difüzyonu ve göçü anlamak ve böylece nihayetinde istenen filmi oluşturmak gerekir. CVD büyüme sürecinde, reaktörün gelişimi ve ilerlemesi çok önemli bir rol oynar ve epitaksiyel tabakanın kalitesini büyük ölçüde belirler. Epitaksiyel tabakanın yüzey morfolojisi, kafes kusurları, safsızlıkların dağılımı ve kontrolü, epitaksiyel tabakanın kalınlığı ve homojenliği, cihaz performansını ve verimliliğini doğrudan etkiler.
Bu makale şu kuruluş tarafından yayınlanmıştır:vakum kaplama makinesi üreticisiGuangdong Zhenhua
Yayın tarihi: 04 Mayıs 2024