"Ostia epitaxiala" izenaren jatorria
Obleen prestaketak bi urrats nagusi ditu: substratua prestatzea eta prozesu epitaxiala. Substratua kristal bakarreko material erdieroalez egina dago eta normalean gailu erdieroaleak sortzeko prozesatzen da. Prozesamendu epitaxiala ere jasan dezake oblea epitaxiala osatzeko. Epitaxia kristal bakarreko geruza berri bat hazteko prozesuari esaten zaio arretaz prozesatutako kristal bakarreko substratu batean. Kristal bakar berria substratuaren material berekoa izan daiteke (epitaxia homogeneoa) edo beste material batekoa (epitaxia heterogeneoa). Kristal-geruza berria substratuaren kristal-orientazioarekin lerrokatuta hazten denez, geruza epitaxial deritzo. Geruza epitaxiala duen obleari oblea epitaxiala esaten zaio (oblea epitaxia = geruza epitaxiala + substratua). Geruza epitaxialean fabrikatutako gailuei "aurrerako epitaxia" deitzen zaie, eta substratuan fabrikatutako gailuei "alderantzizko epitaxia" esaten zaie, non geruza epitaxialak euskarri gisa soilik balio duen.
Epitaxia homogeneoa eta heterogeneoa
▪Epitaxia homogeneoa:Geruza epitaxiala eta substratua material berekoak dira: adibidez, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Epitaxia heterogeneoa:Geruza epitaxiala eta substratua material ezberdinez egina dago: adibidez, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, etab.
Ostia leunduak
Zer arazo konpontzen ditu epitaxiak?
Kristal bakarreko material solteak ez dira nahikoak gailu erdieroaleen fabrikazioaren eskakizun gero eta konplexuagoak asetzeko. Hori dela eta, 1959. urtearen amaieran, epitaxia izenez ezagutzen den kristal bakarreko material hazteko teknika garatu zen. Baina nola lagundu zuen bereziki teknologia epitaxialak materialen aurrerapenean? Silizioari dagokionez, silizio epitaxiaren garapena une kritiko batean gertatu zen, maiztasun handiko eta potentzia handiko silizio transistoreen fabrikazioak zailtasun handiak izan zituenean. Transistore-printzipioen ikuspegitik, maiztasun eta potentzia altua lortzeko, kolektore-eskualdearen matxura-tentsioa altua izatea eta serieko erresistentzia baxua izatea eskatzen du, hau da, saturazio-tentsioa txikia izan behar da. Lehenengoak erresistibitate handia eskatzen du kolektore-materialean, bigarrenak, berriz, erresistentzia baxua, eta horrek kontraesana sortzen du. Kolektore-eskualdearen lodiera murriztea serieko erresistentzia murrizteko silizio-ostia meheegia eta hauskorra bihurtuko litzateke prozesatzeko, eta erresistentzia jaistea lehenengo baldintzarekin gatazkan egongo litzateke. Teknologia epitaxialaren garapenak arrakastaz konpondu zuen arazo hau. Irtenbidea erresistentzia handiko geruza epitaxial bat haztea izan zen, erresistentzia baxuko substratu batean. Gailua geruza epitaxialean fabrikatzen da, transistorearen matxura-tentsio handia bermatuz, eta erresistentzia baxuko substratuak oinarri-erresistentzia murrizten du eta saturazio-tentsioa murrizten du, bi eskakizunen arteko kontraesana konponduz.
Gainera, III-V eta II-VI erdieroale konposatuen epitaxia-teknologiek, esate baterako, GaAs, GaN eta beste batzuentzat, lurrun fasea eta fase likidoa barne, aurrerapen garrantzitsuak izan dituzte. Teknologia hauek ezinbestekoak bihurtu dira mikrouhin, optoelektroniko eta potentziako gailu asko fabrikatzeko. Hain zuzen ere, habe molekularra epitaxia (MBE) eta metal-organiko kimiko lurrun deposizioa (MOCVD) bezalako teknikak arrakastaz aplikatu dira geruza meheetan, supersareak, putzu kuantikoetan, supersare tenkatuetan eta eskala atomikoko geruza epitaxial meheetan, oinarri sendoak ezarriz. "banden ingeniaritza" bezalako erdieroaleen eremu berrien garapena.
Aplikazio praktikoetan, banda zabaleko erdieroaleen gailu gehienak geruza epitaxialetan fabrikatzen dira, eta silizio karburoa (SiC) bezalako materialak substratu gisa soilik erabiltzen dira. Hori dela eta, geruza epitaxiala kontrolatzea faktore kritikoa da banda zabaleko erdieroaleen industrian.
Epitaxia Teknologia: Zazpi Funtsezko Ezaugarri
1. Epitaxiak erresistentzia handiko (edo baxuko) geruza hazi dezake erresistentzia baxuko (edo handiko) substratu batean.
2. Epitaxiak N (edo P) motako geruza epitaxialen hazkundea ahalbidetzen du P (edo N) motako substratuetan, zuzenean PN juntura bat osatuz, kristal bakarreko substratuan PN juntura sortzeko difusioa erabiltzean sortzen diren konpentsazio-arazorik gabe.
3. Maskararen teknologiarekin konbinatuta, hazkuntza epitaxial selektiboa eremu zehatzetan egin daiteke, egitura bereziak dituzten zirkuitu integratuak eta gailuak fabrikatzea ahalbidetuz.
4. Hazkunde epitaxialak dopin motak eta kontzentrazioen kontrola ahalbidetzen du, kontzentrazio-aldaketa bortitzak edo pixkanaka lortzeko gaitasunarekin.
5. Epitaxiak konposizio aldakorreko konposatu heterogeneoak, geruza anitzekoak eta osagai anitzekoak hazten ditu, geruza ultrameheak barne.
6. Hazkunde epitaxiala materialaren urtze-puntutik beherako tenperaturetan gerta daiteke, hazkuntza-tasa kontrolagarri batekin, geruzen lodieran atomo-mailako zehaztasuna ahalbidetuz.
7. Epitaxiak kristaletara eraman ezin diren materialen kristal bakarreko geruzak haztea ahalbidetzen du, hala nola GaN eta erdieroale konposatu ternario/kuaternarioak.
Hainbat geruza epitaxial eta prozesu epitaxial
Laburbilduz, geruza epitaxialek kristalezko egitura errazagoa eta perfektua eskaintzen dute solteen substratuak baino, eta hori material aurreratuen garapenerako onuragarria da.
Argitalpenaren ordua: 2024-12-24