Epitaksiyal süreç nedir?

Epitaksiyal süreçlere genel bakış

"Epitaksi" terimi, Yunanca "epi", "üzerine" ve "taksiler", "sıralı" anlamına gelen, kristal büyümenin sıralı doğasını gösteren "taksiler" den kaynaklanmaktadır. Epitaksi, yarı iletken üretiminde, kristalin bir substrat üzerindeki ince bir kristal tabakanın büyümesine atıfta bulunan önemli bir süreçtir. Yarıiletken imalatındaki epitaksi (EPI) işlemi, tek bir kristal substrat üzerinde genellikle 0.5 ila 20 mikron olmak üzere ince bir tek kristal tabakası yatırmayı amaçlamaktadır. EPI işlemi, özellikle de yarı iletken cihaz üretiminde önemli bir adımdır.silikon gofretimalat.

Epitaksi, yüksek oranda sipariş edilen ve spesifik elektronik özellikler için uyarlanabilen ince filmlerin birikmesine izin verir. Bu işlem, diyotlar, transistörler ve entegre devreler gibi yüksek kaliteli yarı iletken cihazlar oluşturmak için gereklidir.

Epitaksi türleri

Epitaksi sürecinde, büyümenin yönü altta yatan baz kristal tarafından belirlenir.  Biriktirmenin tekrarlanmasına bağlı olarak bir veya daha fazla epitaksi katmanı olabilir. Epitaksi işlemi, kimyasal bileşim ve yapı açısından altta yatan substrattan aynı veya farklı olabilen ince bir malzeme tabakası oluşturmak için kullanılabilir. Epitaksi, substrat ve epitaksiyal tabaka arasındaki ilişkiye dayanarak iki ana kategoride sınıflandırılabilir:HomoepitaksiVeHeteroepitaksi.

Daha sonra, homoepitaksi ve heteroepitaksi arasındaki farkları dört boyuttan analiz edeceğiz: yetişkin katman, kristal yapı ve kafes, örnek ve uygulama:

● Homoepitaksi: Bu, epitaksiyal tabaka substratla aynı malzemeden yapıldığında ortaya çıkar.

✔ Yetişkin katman: Epitaksiyal olarak yetiştirilen tabaka, substrat tabakasıyla aynı malzemedir.

✔ Kristal yapı ve kafes: Substrat ve epitaksiyal tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti aynıdır.

✔ Örnek: Substrat silikon üzerindeki yüksek saf silikonun epitaksiyal büyümesi.

✔ Uygulama: Yarıiletken Cihaz Yapımı Farklı doping seviyelerinde katmanların gerekli olduğu veya daha az saf olan substratlar üzerinde saf filmler.

● Heteroepitaksi: Bu, tabaka ve substrat için kullanılan farklı malzemeleri, Galyum arsenit (GAAS) üzerinde büyüyen alüminyum galyum arsenid (algaas) gibi içerir. Başarılı heteroepitaksi, kusurları en aza indirmek için iki malzeme arasında benzer kristal yapılar gerektirir.

✔ Yetişkin katman: Epitaksiyal olarak yetiştirilen tabaka, substrat tabakasından farklı bir malzemedir.

✔ Kristal yapı ve kafes: Substrat ve epitaksiyal tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti farklıdır.

✔ Örnek: Bir silikon substrat üzerinde epitaksiyen büyüyen galyum arsenit.

✔ Uygulama: Farklı malzemelerin katmanlarına ihtiyaç duyulan yarı iletken cihaz yapısı veya tek bir kristal olarak mevcut olmayan bir malzemenin kristal bir filmi oluşturmak için.

Yarıiletken imalatında EPI sürecini etkileyen faktörler:

✔ Sıcaklık: Epitaksi hızını ve epitaksiyal tabaka yoğunluğunu etkiler. Epitaksi işlemi için gereken sıcaklık oda sıcaklığından daha yüksektir ve değer epitaksinin tipine bağlıdır.

✔ Basınç: Epitaksi hızını ve epitaksiyal tabaka yoğunluğunu etkiler.

✔ Kusur: Epitaksideki kusurlar hatalı gofretlere yol açar. EPI işlemi için gereken fiziksel koşullar, kusurlu olmayan epitaksiyal tabaka büyümesi için korunmalıdır.

✔ İstenen pozisyon: Epitaksiyal büyüme kristal üzerindeki doğru pozisyonlarda olmalıdır. Büyümeyi önlemek için epitaksiyal süreçten çıkarılması gereken bölgeler uygun şekilde filme alınmalıdır.

✔ Otomatik: Epitaksi süreci yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirildiğinden, dopant atomları malzemede varyasyonlar getirebilir.

Epitaksiyal büyüme teknikleri

Epitaksi sürecini gerçekleştirmek için çeşitli yöntemler vardır: sıvı faz epitaksi, hibrid buhar faz epitaksi, katı faz epitaksi, atom tabakası birikimi, kimyasal buhar birikimi, moleküler ışın epitaksi, vb. İki epitaksi işlemini karşılaştıralım: CVD ve MBE.

Epitaksiyal büyüme modları

Epitaksi Büyüme Modları: Epitaksiyal büyüme, katmanların nasıl oluşmasını etkileyen farklı modlar aracılığıyla ortaya çıkabilir:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Sürekli film oluşumundan önce çekirdeklenmenin meydana geldiği üç boyutlu ada büyümesi ile karakterize edilir.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Düzenli kalınlığı teşvik eden katmana katman büyümesini içerir.

✔ (c) Yan Krastanlar (SK): Kritik bir kalınlığa ulaşıldıktan sonra ada oluşumuna geçiş yapan katman büyümesi ile başlayarak VW ve FM kombinasyonu.

Epitaksi büyümesinin yarı iletken üretiminde önemi

Epitaksi, yarı iletken gofretlerin elektriksel özelliklerini arttırmak için hayati önem taşır. Doping profillerini kontrol etme ve belirli malzeme özelliklerine ulaşma yeteneği, epitaksiyi modern elektroniklerde vazgeçilmez hale getirir.

Ayrıca, epitaksiyal süreçler, yüksek performanslı sensörler ve güç elektroniği geliştirmede giderek daha önemlidir ve yarı iletken teknolojisinde devam eden gelişmeleri yansıtır. Gibi parametrelerin kontrol edilmesinde gereken hassasiyetSıcaklık, basınç ve gaz akış hızıEpitaksiyal büyüme sırasında minimal kusurlara sahip yüksek kaliteli kristal katmanlar elde etmek için kritiktir.