Àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ Semiconductor àti Epitaxy: Àwọn ìpìlẹ̀ ìmọ̀-ẹ̀rọ tí ó wà lẹ́yìn àwọn ẹ̀rọ Agbára àti RF òde-òní

Awọn ilọsiwaju ninu imọ-ẹrọ semiconductor ni a ṣalaye siwaju sii nipasẹ awọn aṣeyọri ni awọn agbegbe pataki meji:àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀àtiawọn fẹlẹfẹlẹ epitaxialÀwọn ohun èlò méjì yìí ń ṣiṣẹ́ papọ̀ láti pinnu iṣẹ́ iná mànàmáná, ooru, àti ìgbẹ́kẹ̀lé àwọn ẹ̀rọ tó ti wà ní ìpele gíga tí a lò nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná, àwọn ibùdó ìpìlẹ̀ 5G, àwọn ẹ̀rọ itanna oníbàárà, àti àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ optical.

Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ohun èlò tí a fi ṣe ìpìlẹ̀ àti ti kristali ni ó ń pèsè ìpìlẹ̀ gidi àti ti kristali, ipele epitaxial ló ń ṣe àkójọpọ̀ iṣẹ́ níbi tí a ti ń ṣe àgbékalẹ̀ ìwà agbára gíga, agbára gíga, tàbí optoelectronic. Ìbáramu wọn—ìbáramu kristali, ìfẹ̀sí ooru, àti àwọn ohun ìní iná mànàmáná—ṣe pàtàkì fún ṣíṣe àwọn ẹ̀rọ tí ó ní ìṣiṣẹ́ gíga, ìyípadà kíákíá, àti ìfipamọ́ agbára púpọ̀ sí i.

Àpilẹ̀kọ yìí ṣàlàyé bí àwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ àti àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ epitaxial ṣe ń ṣiṣẹ́, ìdí tí wọ́n fi ṣe pàtàkì, àti bí wọ́n ṣe ń ṣe àgbékalẹ̀ ọjọ́ iwájú àwọn ohun èlò semiconductor bíiSi, GaN, GaAs, safire, ati SiC.

1. Kí niSẹ́ẹ̀tì Semikonductor?

Sẹ́ẹ̀tì ni “pípéètì” kan ṣoṣo tí a fi kọ́ ẹ̀rọ kan. Ó ń pèsè ìtìlẹ́yìn ìṣètò, ìtújáde ooru, àti àwòṣe atomiki tí ó yẹ fún ìdàgbàsókè epitaxial tí ó dára.

Awọn iṣẹ pataki ti Substrate

• Atilẹyin ẹrọ:Ó ń rí i dájú pé ẹ̀rọ náà dúró ṣinṣin nígbà tí a bá ń ṣiṣẹ́ àti nígbà tí a bá ń ṣiṣẹ́.

• Àpẹẹrẹ Kírísítà:Ó ń darí ìpele epitaxial láti dàgbà pẹ̀lú àwọn ìlà atomu tí a tò, èyí tí ó ń dín àwọn àbùkù kù.

• Iṣẹ itanna:Ó lè lo iná mànàmáná (fún àpẹẹrẹ, Si, SiC) tàbí kí ó ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ohun ìdáàbòbò (fún àpẹẹrẹ, safire).

Àwọn Ohun Èlò Ìsàlẹ̀ Tí Ó Wọ́pọ̀

Báwo ni a ṣe ń ṣe àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀

1. Ìwẹ̀nùmọ́ ohun èlò:A máa ń tún silikoni tàbí àwọn èròjà mìíràn ṣe dé ibi tí ó mọ́ tónítóní.

2. Ìdàgbàsókè kanṣoṣo:

   • Czochralski (CZ)- ọna ti o wọpọ julọ fun silikoni.

   • Agbègbè Lílefòó (FZ)– n ṣe awọn kirisita mimọ-giga pupọ.

3. Gígé àti dídán wafer:A gé àwọn àkàrà sí wẹ́wẹ́, a sì yọ́ wọn sí bí wọ́n ṣe lè rọ̀ mọ́lẹ̀.

4. Mimọ ati ayewo:Yíyọ àwọn ohun tí ó lè kó èérí kúrò àti ṣíṣàyẹ̀wò ìwọ̀n àbùkù.

Awọn Ipenija Imọ-ẹrọ

Àwọn ohun èlò ìdàgbàsókè kan—pàápàá jùlọ SiC—ó ṣòro láti ṣe nítorí ìdàgbàsókè kírísítà tó lọ́ra gan-an (0.3–0.5 mm/wákàtí kan), àwọn ohun tí a nílò láti ṣàkóso ìgbóná ara, àti àwọn àdánù ńlá tí a lè gé (ìpàdánù kerf SiC lè dé >70%). Ìṣòro yìí jẹ́ ọ̀kan lára ​​ìdí tí àwọn ohun èlò ìran kẹta fi ń gbowólórí.

2. Kí ni Eérú Epitaxial?

Dídàgbà ìpele epitaxial túmọ̀ sí fífi fíìmù tín-tín, mímọ́ tó ga, tí ó ní kirisita kan ṣoṣo sí orí ilẹ̀ tí ó ní ìtọ́sọ́nà lattice tí ó péye.

Ipele epitaxial ni o n pinnuìwà iná mànàmánáti ẹrọ ikẹhin.

Idi ti Epitaxy fi ṣe pataki

• Mu ki kirisita di mimọ

• Mu awọn profaili doping ti a ṣe adani ṣiṣẹ

• Dín ìtànkálẹ̀ àbùkù substrate kù

• Àwọn ìrísí tí a ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ẹ̀yà ara bíi àwọn kànga quantum, HEMTs, àti superlattices

Awọn Imọ-ẹrọ Epitaxy Pataki

Àwọn Pílámítà Pàtàkì nínú Epitaxy

• Sisanra fẹlẹfẹlẹ:Àwọn Nanometers fún àwọn kànga kuantum, tó 100 μm fún àwọn ẹ̀rọ agbára.

• Lílo oògùn olóró:Ó ń ṣe àtúnṣe ìfọkànsí àwọn ohun tí ń gbé nǹkan nípasẹ̀ fífi àwọn ohun tí kò ní èròjà hàn ní pàtó.

• Didara wiwo:Gbọdọ dinku awọn iyọkuro ati wahala lati aiṣedeede lattice.

Àwọn Ìpèníjà Nínú Heteroepitaxy

• Àìbáramu Lattice:Fún àpẹẹrẹ, àìbáramu GaN àti sapphire nípa ~13%.

• Àìbáramu ìfàsẹ́yìn ooru:Ó lè fa ìfọ́ nígbà tí a bá ń tutù.

• Iṣakoso abawọn:Ó nílò àwọn ìpele ìpamọ́, àwọn ìpele ìpele, tàbí àwọn ìpele nucleation.

3. Báwo ni Substrate àti Epitaxy ṣe ń ṣiṣẹ́ papọ̀: Àwọn àpẹẹrẹ gidi

GaN LED lórí Sapphire

• Sapphire kò gbowó púpọ̀, ó sì ń dáàbò bo ara rẹ̀.

• Àwọn ìpele ìpamọ́ (AlN tàbí GaN tí ó ní iwọ̀n otútù díẹ̀) dín àìbáramu lásìkò náà kù.

• Àwọn kànga oní-ìwọ̀n-pupọ (InGaN/GaN) ni wọ́n ń ṣe agbègbè tí ó ń tú ìmọ́lẹ̀ jáde.

• Ó ṣàṣeyọrí àwọn ìwọ̀n àbùkù tí ó wà ní ìsàlẹ̀ 10⁸ cm⁻² àti agbára ìmọ́lẹ̀ gíga.

Agbára SiC MOSFET

• Ó ń lo àwọn ohun èlò ìṣàlẹ̀ 4H-SiC pẹ̀lú agbára ìfọ́pọ̀ gíga.

• Àwọn ìpele ìyípadà epitaxial (10–100 μm) ló ń pinnu ìwọ̀n fólẹ́ẹ̀tì.

• Ó fúnni ní àwọn ohun èlò agbára silicon tó dínkù tó ju 90% lọ.

Àwọn Ẹ̀rọ RF GaN-on-Silicon

• Àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ sílíkónì dín owó kù, wọ́n sì ń jẹ́ kí a so pọ̀ mọ́ CMOS.

• Àwọn ìpele nucleation AlN àti àwọn buffer tí a ṣe àtúnṣe ń ṣàkóso ìdàrúdàpọ̀.

• A lo fun awọn eerun PA 5G ti n ṣiṣẹ ni awọn igbohunsafẹfẹ igbi milimita.

4. Substrate vs. Epitaxy: Awọn iyatọ Pataki

5. Ibi tí àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ wọ̀nyí ń lọ

Àwọn Ìwọ̀n Wafer Tó Tóbi Jù

• Si yi pada si 12-inch

• SiC ti n lọ lati 6-inch si 8-inch (idinku iye owo pataki)

• Iwọn ila opin ti o tobi julọ mu iṣẹ ṣiṣe pọ si ati dinku idiyele ẹrọ

Heteroepitaxy ti o ni iye owo kekere

GaN-on-Si àti GaN-on-sapphire ń tẹ̀síwájú láti gba ìfàmọ́ra gẹ́gẹ́ bí àfikún sí àwọn ohun ìpìlẹ̀ GaN oníyebíye.

Awọn ọna Ige ati Idagbasoke To ti ni ilọsiwaju

• Gígé tí a fi ọ̀gẹ̀dẹ̀ gé sí wẹ́wẹ́ lè dín ìpàdánù SiC kerf kù láti ~75% sí ~50%.

• Àwọn àgbékalẹ̀ ilé ìgbóná tí a mú sunwọ̀n síi mú kí èso SiC pọ̀ sí i àti pé ó jẹ́ tiwọn.

Ìṣọ̀kan àwọn iṣẹ́ Optical, Power, àti RF

Epitaxy n mu ki awọn ihò kuantum, awọn superlattices, ati awọn fẹlẹfẹlẹ ti a ti nipọn ṣe pataki fun awọn photonics ti a ti sopọ mọ ọjọ iwaju ati awọn ẹrọ itanna agbara ti o munadoko pupọ.

Ìparí

Àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ àti epitaxy ló ń ṣe àgbékalẹ̀ ìmọ̀ ẹ̀rọ fún àwọn semiconductors òde òní. Ohun èlò ìpìlẹ̀ tó wà nínú rẹ̀ ni ìpìlẹ̀ tó wà nínú ara, tó gbóná, àti tó jẹ́ kristali, nígbà tí epitaxial layer ń ṣàlàyé àwọn iṣẹ́ iná mànàmáná tó ń mú kí iṣẹ́ ẹ̀rọ náà lọ síwájú.

Bí ìbéèrè ṣe ń pọ̀ sí i fúnagbara giga, igbohunsafẹfẹ giga, ati ṣiṣe gigaÀwọn ètò ìṣiṣẹ́—láti àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná sí àwọn ibi ìtọ́jú dátà—àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ méjì yìí yóò máa tẹ̀síwájú láti yípadà papọ̀. Àwọn ìṣẹ̀dá tuntun nínú ìwọ̀n wafer, ìṣàkóso àbùkù, heteroepitaxy, àti ìdàgbàsókè kristali yóò ṣe àgbékalẹ̀ ìran tuntun ti àwọn ohun èlò semiconductor àti àwọn ètò ẹ̀rọ.