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LPE-Ausrüstung

2023-10-10

Im Bereich der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist die präzise Kontrolle des Kristallwachstums von größter Bedeutung für die Herstellung hochwertiger und zuverlässiger Bauelemente. Eine Technik, die in diesem Bereich eine entscheidende Rolle gespielt hat, ist die Flüssigphasenepitaxie (LPE).



Grundprinzipien von LPE:

Unter Epitaxie versteht man im Allgemeinen das Wachstum einer kristallinen Schicht auf einem Substrat mit ähnlicher Gitterstruktur. LPE, eine bemerkenswerte Epitaxietechnik, beinhaltet die Verwendung einer übersättigten Lösung des zu züchtenden Materials. Das typischerweise einkristalline Substrat wird für eine bestimmte Zeit mit dieser Lösung in Kontakt gebracht. Wenn die Gitterkonstanten des Substrats und des zu züchtenden Materials genau übereinstimmen, scheidet sich das Material auf dem Substrat ab, während die Kristallqualität erhalten bleibt. Dieser Prozess führt zur Bildung einer gitterangepassten Epitaxieschicht.


LPE-Ausrüstung:

Für LPE wurden verschiedene Arten von Wachstumsgeräten entwickelt, die jeweils einzigartige Vorteile für bestimmte Anwendungen bieten:


Kippofen:


Das Substrat wird an einem Ende eines Graphitschiffchens in einem Quarzrohr platziert.

Die Lösung befindet sich am anderen Ende des Graphitschiffchens.

Ein mit dem Boot verbundenes Thermoelement regelt die Ofentemperatur.

Der Wasserstofffluss durch das System verhindert Oxidation.

Der Ofen wird langsam gekippt, um die Lösung mit dem Substrat in Kontakt zu bringen.

Nach Erreichen der gewünschten Temperatur und dem Aufwachsen der Epitaxieschicht wird der Ofen in seine ursprüngliche Position zurückgekippt.


Vertikalofen:


Bei dieser Konfiguration wird das Substrat in die Lösung eingetaucht.

Diese Methode bietet einen alternativen Ansatz zum Kippofen und stellt den notwendigen Kontakt zwischen dem Substrat und der Lösung her.


Multibin-Ofen:


In diesem Gerät werden mehrere Lösungen in aufeinanderfolgenden Behältern aufbewahrt.

Das Substrat kann mit verschiedenen Lösungen in Kontakt gebracht werden, was das sequentielle Wachstum mehrerer Epitaxieschichten ermöglicht.

Dieser Ofentyp wird häufig zur Herstellung komplexer Strukturen verwendet, wie sie für Lasergeräte benötigt werden.


Anwendungen von LPE:

Seit seiner ersten Demonstration im Jahr 1963 wurde LPE erfolgreich bei der Herstellung verschiedener III-V-Verbindungshalbleiterbauelemente eingesetzt. Dazu gehören Injektionslaser, Leuchtdioden, Fotodetektoren, Solarzellen, Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. Seine Vielseitigkeit und die Fähigkeit, hochwertige, gitterangepasste Epitaxieschichten herzustellen, machen LPE zu einem Eckpfeiler in der Entwicklung fortschrittlicher Halbleitertechnologien.


Die Flüssigphasenepitaxie ist ein Beweis für den Einfallsreichtum und die Präzision, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen erforderlich sind. Durch das Verständnis der Prinzipien des Kristallwachstums und die Nutzung der Fähigkeiten von LPE-Geräten konnten Forscher und Ingenieure anspruchsvolle Halbleiterbauelemente mit Anwendungen entwickeln, die von der Telekommunikation bis hin zu erneuerbaren Energien reichen. Während die Technologie weiter voranschreitet, bleibt LPE ein wichtiges Werkzeug im Arsenal der Techniken, die die Zukunft der Halbleitertechnologie gestalten.



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