Ihe ndị dị na Semiconductor na Epitaxy: Ntọala teknụzụ dị n'azụ Ngwaọrụ Ike na RF nke Oge a

A na-akọwawanye ọganihu na teknụzụ semiconductor site na mmụba n'akụkụ abụọ dị mkpa:ihe ndị dị n'okpuru alanaakwa epitaxialIhe abụọ a na-arụkọ ọrụ ọnụ iji chọpụta arụmọrụ eletriki, okpomọkụ, na ntụkwasị obi nke ngwaọrụ ndị dị elu eji eme ihe n'ụgbọala eletrik, ọdụ ntọala 5G, ngwa eletrọniki ndị ahịa, na sistemụ nkwukọrịta anya.

Ọ bụ ezie na ihe mejupụtara ya na-enye ntọala anụ ahụ na kristal, oyi akwa epitaxial na-emepụta isi ọrụ ebe a na-emepụta omume ugboro ugboro dị elu, ike dị elu, ma ọ bụ optoelectronic. Ndakọrịta ha - nhazi kristal, mgbasawanye okpomọkụ, na ihe onwunwe eletriki - dị mkpa maka ịmepụta ngwaọrụ nwere arụmọrụ ka mma, mgbanwe ngwa ngwa, na nchekwa ike ka ukwuu.

Isiokwu a na-akọwa otu substrates na teknụzụ epitaxial si arụ ọrụ, ihe kpatara ha ji dị mkpa, na otu ha si akpụzi ọdịnihu nke ihe semiconductor dị kaSi, GaN, GaAs, sapphire, na SiC.

1. Gịnị bụ aIhe ndị dị na semiconductor?

Ihe e ji mee ihe bụ "ikpo okwu" otu kristal nke e ji arụ ngwaọrụ. Ọ na-enye nkwado nhazi, mwepụ okpomọkụ, na template atọm dị mkpa maka uto epitaxial dị elu.

Ọrụ Ndị Dị Mkpa nke Substrate

• Nkwado igwe:Na-ahụ na ngwaọrụ ahụ kwụsiri ike n'oge nhazi na ọrụ.

• Nlereanya kristal:Na-eduzi oyi akwa epitaxial ka o too site na iji oghere atọm ndị a haziri ahazi, na-ebelata ntụpọ.

• Ọrụ eletriki:Nwere ike ịrụ ọrụ ọkụ eletrik (dịka ọmụmaatụ, Si, SiC) ma ọ bụ jee ozi dị ka ihe mkpuchi (dịka ọmụmaatụ, sapphire).

Ihe Ndị A Na-ahụkarị Maka Ihe Ndị A Na-ahụkarị

Otu esi emepụta ihe ndị dị n'ime ala

1. Nhicha ihe:A na-eme ka silicon ma ọ bụ ihe ndị ọzọ dị ọcha nke ukwuu.

2. Uto otu kristal:

   • Czochralski (CZ)– usoro kachasị eji eme silicon.

   • Mpaghara-FZ (FZ)- na-emepụta kristal dị ọcha nke ukwuu.

3. Ịcha na ịchacha wafer:A na-egbutu obere bọọlụ n'ime wafers ma na-eme ka ọ dị nro.

4. Nhicha na nyocha:Iwepụ ihe ndị na-emerụ emerụ ma lelee njupụta ntụpọ.

Ihe ịma aka teknụzụ

Ụfọdụ ihe ndị dị elu—karịsịa SiC—na-esiri ike imepụta n'ihi uto kristal dị nwayọ (naanị 0.3–0.5 mm/awa), ihe achọrọ maka njikwa okpomọkụ siri ike, na nnukwu mfu nke ịkpụcha (mfu SiC kerf nwere ike iru> 70%). Ihe mgbagwoju anya a bụ otu ihe mere ihe ndị dị n'ọgbọ nke atọ ji dị oke ọnụ.

2. Gịnị bụ Epitaxial Layer?

Ịzụlite oyi akwa epitaxial pụtara itinye ihe nkiri kristal dị gịrịgịrị, dị ọcha nke ukwuu, n'elu ihe mkpuchi ahụ nke nwere ntụzịaka lattice nke ọma.

Ihe na-ekpebi oyi akwa epitaxialomume eletrikinke ngwaọrụ ikpeazụ.

Ihe Mere Epitaxy Ji Dị Mkpa

• Na-eme ka ịdị ọcha kristal dịkwuo mma

• Na-eme ka profaịlụ doping ahaziri ahazi

• Na-ebelata mgbasa nke ntụpọ substrate

• Ụdị dị iche iche emepụtara dịka olulu mmiri, HEMTs, na superlattices

Isi Teknụzụ Epitaxy

Paramita Dị Mkpa na Epitaxy

• Ọkpụrụkpụ oyi akwa:Nanometers maka olulu mmiri kwantum, ruo 100 μm maka ngwaọrụ ike.

• Ịṅụ ọgwụ:Na-agbanwe oke ihe ndị na-ebu ya site n'itinye ihe ndị na-adịghị mma kpọmkwem n'ime ya.

• Àgwà interface:Ekwesịrị ibelata ndọpụ na nrụgide site na enweghị nhazi nke lattice.

Ihe ịma aka na Heteroepitaxy

• Ndakọrịta Lattice:Dịka ọmụmaatụ, GaN na sapphire adabaghị site na ~13%.

• Enweghị mmachi nke mgbasa okpomọkụ:Nwere ike ibute mgbawa n'oge oyi.

• Njikwa ntụpọ:Chọrọ akwa nchekwa, akwa ndị a na-enye ọkwa, ma ọ bụ akwa nucleation.

3. Otu Substrate na Epitaxy si arụ ọrụ ọnụ: Ihe atụ nke ụwa n'ezie

GaN LED na Sapphire

• Sapphire dị ọnụ ala ma na-ekpuchi ihe mkpuchi.

• Ndabere nchekwa (AlN ma ọ bụ GaN dị ala) na-ebelata enweghị nkwekọ na lattice.

• Olulu mmiri dị iche iche (InGaN/GaN) na-etolite mpaghara na-ewepụta ìhè.

• Ọ na-enweta njupụta ntụpọ dị n'okpuru 10⁸ cm⁻² na arụmọrụ dị elu nke na-enwu enwu.

Ike SiC MOSFET

• Ọ na-eji ihe ndị nwere ike imebi ihe dị elu dịka 4H-SiC substrates.

• Ibe mmiri nke epitaxial drift (10–100 μm) na-ekpebi ọkwa voltaji.

• Ọ na-enye ihe dị ka pasentị 90 nke mbelata mbugharị ihe karịa ngwaọrụ ike silicon.

Ngwaọrụ RF GaN-na-Silicon

• Ihe ndị e ji silicon mee na-ebelata ọnụ ahịa ma na-enye ohere ka e jikọta ya na CMOS.

• Ndabere nke AlN nucleation na ihe nchekwa e ji aka rụọ na-achịkwa nrụgide.

• A na-eji ya maka ibe 5G PA nke na-arụ ọrụ na ugboro ole na-ebili milimita.

4. Substrate vs. Epitaxy: Isi ihe dị iche

5. Ebe Teknụzụ Ndị A Na-aga

Nha Wafer Karịrị Ukwuu

• Si na-agbanwe gaa na sentimita iri na abụọ

• SiC na-agagharị site na sentimita 6 ruo sentimita 8 (nnukwu mbelata ọnụ ahịa)

• Dayameta buru ibu na-eme ka mmepụta ya ka mma ma na-ebelata ọnụ ahịa ngwaọrụ

Heteroepitaxy dị ọnụ ala

GaN-on-Si na GaN-on-sapphire ka na-enweta mmetụta dị ka ihe ọzọ maka ihe ndị dị oke ọnụ ahịa nke GaN.

Usoro Ịcha na Ịtọ Elu Dị Elu

• Ịchacha ihe n'ụdị oyi nwere ike ibelata mfu SiC kerf site na ~75% ruo ~50%.

• Nhazi ọkụ ka mma na-eme ka mmepụta SiC na ịdị n'otu dịkwuo mma.

Njikọta nke Ọrụ Anya, Ike, na RF

Epitaxy na-eme ka olulu mmiri quantum, superlattices, na akwa ndị a gbanyere agbawa dị mkpa maka photonics agbakwunyere n'ọdịnihu na eletrọniki ike dị elu.

Mmechi

Substrates na epitaxy bụ isi ihe dị mkpa na teknụzụ nke semiconductors nke oge a. Substrates ahụ na-edobe ntọala anụ ahụ, okpomọkụ, na kristal, ebe epitaxial oyi akwa na-akọwa ọrụ eletriki ndị na-eme ka arụmọrụ ngwaọrụ dị elu.

Ka ọchịchọ na-eto makaike dị elu, ugboro dị elu, na arụmọrụ dị elusistemụ—site na ụgbọala eletriki ruo ebe data—teknụzụ abụọ a ga-anọgide na-etolite ọnụ. Mmepụta ihe ọhụrụ na nha wafer, njikwa ntụpọ, heteroepitaxy, na uto kristal ga-akpụzi ọgbọ na-esote nke ihe semiconductor na usoro ngwaọrụ.