O papel crucial das camadas epitaxiais em dispositivos semicondutores

1. A causa do seu aparecimento

No domínio da fabricação de dispositivos semicondutores, a busca por materiais que possam atender às crescentes demandas tem apresentado desafios continuamente. No final de 1959, o desenvolvimento de camadas finasmonocristalinomaterialtécnicas de crescimento, conhecidas comocomeeixo, surgiu como uma solução fundamental. Mas como exatamente a tecnologia epitaxial contribuiu para o avanço dos materiais, especialmente para o silício? Inicialmente, a fabricação de transistores de silício de alta frequência e alta potência encontrou obstáculos significativos. Do ponto de vista dos princípios do transistor, alcançar alta frequência e alta potência exigia uma alta tensão de ruptura na região do coletor e uma resistência em série mínima, traduzindo-se em uma queda de tensão de saturação reduzida.

Esses requisitos apresentavam um paradoxo: a necessidade de materiais de alta resistividade na região do coletor para aumentar a tensão de ruptura, versus a necessidade de materiais de baixa resistividade para diminuir a resistência em série. Reduzir a espessura do material da região do coletor para diminuir a resistência em série corria o risco de tornar obolacha de silíciomuito frágil para processamento. Por outro lado, a redução da resistividade do material contradiz o primeiro requisito. O advento decomeeixola tecnologia navegou com sucesso neste dilema.

2. A solução

A solução envolveu o crescimento de uma camada epitaxial de alta resistividade em uma camada de baixa resistividadesubstrato. Fabricação de dispositivos nocamada epitaxialgarantiu uma alta tensão de ruptura graças à sua alta resistividade, enquanto o substrato de baixa resistividade reduziu a resistência de base, diminuindo assim a queda de tensão de saturação. Esta abordagem reconciliou as contradições inerentes. Além disso,comeaxialtecnologias, incluindo fase de vapor, fase líquidacomeeixopara materiais como GaAs e outros semicondutores de compostos moleculares dos grupos III-V, II-VI, avançaram significativamente. Estas tecnologias tornaram-se indispensáveis ​​para a fabricação da maioria dos dispositivos de microondas, dispositivos optoeletrônicos, dispositivos de energia e muito mais. Notavelmente, o sucesso do feixe molecular emetal-organic epitaxia em fase de vaporem aplicações como filmes finos, superredes, poços quânticos, superredes tensas e camada atômicacomeaxyestabeleceu uma base sólida para o novo domínio de pesquisa da “engenharia bandgap”.

3. Sete capacidades principais deTecnologia Epitaxial

(1) Capacidade de aumentar a resistividade alta (baixa)camadas epitaxiaisem substratos de baixa (alta) resistividade.

(2) Capacidade de crescer tipo N §camadas epitaxiaisem substratos do tipo P (N), formando diretamente junções PN sem os problemas de compensação associados aos métodos de difusão.

(3) Integração com tecnologia de máscara para crescer seletivamentecamadas epitaxiaisem áreas designadas, abrindo caminho para a produção de circuitos integrados e dispositivos com estruturas únicas.

(4) Flexibilidade para alterar o tipo e a concentração de dopantes durante o processo de crescimento, com possibilidade de mudanças abruptas ou graduais na concentração.

(5) Potencial para crescer heterojunções, multicamadas e camadas ultrafinas de composição variável.

(6) Capacidade de crescercamadas epitaxiaisabaixo do ponto de fusão do material, com taxas de crescimento controláveis, permitindo precisão de espessura em nível atômico.

(7) Viabilidade de cultivo de camadas monocristalinas de materiais que são difíceis de puxar, comoGaN, e compostos ternários ou quaternários.

Em essência,camada epitaxialsoferecem uma estrutura cristalina mais controlável e perfeita em comparação com materiais de substrato, beneficiando significativamente a aplicação e o desenvolvimento de materiais.**

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