Die entscheidende Rolle epitaktischer Schichten in Halbleiterbauelementen

1. Die Ursache seines Auftretens

Im Bereich der Herstellung von Halbleiterbauelementen stellt die Suche nach Materialien, die den sich verändernden Anforderungen gerecht werden können, immer wieder Herausforderungen dar. Bis Ende 1959 begann die Entwicklung dünnschichtigermonokristallinMaterialWachstumstechniken, bekannt alsEpitaxie, erwies sich als entscheidende Lösung. Aber wie genau hat die Epitaxietechnologie zum Materialfortschritt, insbesondere für Silizium, beigetragen? Die Herstellung von Hochfrequenz-Hochleistungs-Siliziumtransistoren stieß zunächst auf erhebliche Hürden. Aus Sicht der Transistorprinzipien erforderte das Erreichen hoher Frequenzen und hoher Leistungen eine hohe Durchbruchspannung im Kollektorbereich und einen minimalen Serienwiderstand, was zu einem verringerten Sättigungsspannungsabfall führte.

Diese Anforderungen stellten ein Paradox dar: die Notwendigkeit von Materialien mit hohem spezifischem Widerstand im Kollektorbereich, um die Durchbruchspannung zu erhöhen, im Gegensatz zur Notwendigkeit von Materialien mit niedrigem spezifischem Widerstand, um den Serienwiderstand zu verringern. Die Reduzierung der Dicke des Materials des Kollektorbereichs zur Verringerung des Serienwiderstands birgt das Risiko, dass dies zu Problemen führtSiliziumwaferzu zerbrechlich für die Verarbeitung. Umgekehrt widersprach die Verringerung des spezifischen Widerstands des Materials der ersten Anforderung. Das Aufkommen vonisstAchselDie Technologie hat dieses Dilemma erfolgreich gemeistert.

2. Die Lösung

Die Lösung bestand darin, eine Epitaxieschicht mit hohem spezifischem Widerstand auf einer Schicht mit niedrigem spezifischem Widerstand wachsen zu lassenSubstrat. Geräteherstellung auf derEpitaxieschichtsorgte dank seines hohen spezifischen Widerstands für eine hohe Durchbruchspannung, während das Substrat mit niedrigem spezifischem Widerstand den Basiswiderstand reduzierte und dadurch den Sättigungsspannungsabfall verringerte. Dieser Ansatz versöhnte die inhärenten Widersprüche. Außerdem,isstaktischTechnologien, einschließlich Dampfphase, FlüssigphaseEpitaxiefür Materialien wie GaAs und andere molekulare Verbindungshalbleiter der Gruppen III-V, II-VI haben erhebliche Fortschritte gemacht. Diese Technologien sind für die Herstellung der meisten Mikrowellengeräte, optoelektronischen Geräte, Leistungsgeräte und mehr unverzichtbar geworden. Insbesondere der Erfolg von Molekularstrahlen undMetallorganic Dampfphasenepitaxiein Anwendungen wie dünnen Filmen, Übergittern, Quantentöpfen, gespannten Übergittern und AtomschichtenEpitaxyhat eine solide Grundlage für das neue Forschungsgebiet „Bandgap Engineering“ gelegt.

3. Sieben Schlüsselfunktionen vonEpitaxie-Technologie

(1) Fähigkeit, einen hohen (niedrigen) spezifischen Widerstand aufzubauenEpitaxieschichtenauf Substraten mit niedrigem (hohem) Widerstand.

(2) Fähigkeit, N §-Typ zu wachsenEpitaxieschichtenauf P(N)-Typ-Substraten, wodurch direkt PN-Übergänge ohne die mit Diffusionsmethoden verbundenen Kompensationsprobleme gebildet werden.

(3) Integration mit Maskentechnologie für selektives WachstumEpitaxieschichtenin bestimmten Bereichen und ebnet den Weg für die Produktion integrierter Schaltkreise und Geräte mit einzigartigen Strukturen.

(4) Flexibilität, die Art und Konzentration der Dotierstoffe während des Wachstumsprozesses zu ändern, mit der Möglichkeit abrupter oder allmählicher Konzentrationsänderungen.

(5) Potenzial zum Wachstum von Heteroübergängen, Multischichten und ultradünnen Schichten variabler Zusammensetzung.

(6) Fähigkeit zu wachsenEpitaxieschichtenunterhalb des Schmelzpunkts des Materials, mit kontrollierbaren Wachstumsraten, was eine Dickengenauigkeit auf atomarer Ebene ermöglicht.

(7) Machbarkeit des Wachstums einkristalliner Schichten aus Materialien, die schwer zu ziehen sind, wie zGaNund ternäre oder quartäre Verbindungen.

Im Wesentlichen,Epitaxieschichtsbieten im Vergleich zu Substratmaterialien eine besser kontrollierbare und perfektere Kristallstruktur, was sich deutlich positiv auf die Materialanwendung und -entwicklung auswirkt.**

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