“Epitaksiyel Gofret” İsminin Kökeni
Gofret hazırlama iki ana adımdan oluşur: substrat hazırlama ve epitaksiyel işlem. Substrat yarı iletken tek kristal malzemeden yapılır ve genellikle yarı iletken cihazlar üretmek için işlenir. Aynı zamanda bir epitaksiyel levha oluşturmak için epitaksiyel işleme tabi tutulabilir. Epitaksi, dikkatlice işlenmiş tek kristal bir substrat üzerinde yeni bir tek kristal katmanın büyütülmesi sürecini ifade eder. Yeni tek kristal, substratla aynı malzemeden (homojen epitaksi) veya farklı bir malzemeden (heterojen epitaksi) olabilir. Yeni kristal katman, substratın kristal oryantasyonu ile aynı hizada büyüdüğü için buna epitaksiyel katman adı verilir. Epitaksiyel tabakaya sahip levha, epitaksiyel levha olarak anılır (epitaksiyel levha = epitaksiyel tabaka + substrat). Epitaksiyel katman üzerinde üretilen cihazlara "ileri epitaksi" adı verilirken alt tabaka üzerinde üretilen cihazlara "ters epitaksi" adı verilir ve epitaksiyel katman yalnızca destek görevi görür.
Homojen ve Heterojen Epitaksi
▪Homojen Epitaksi:Epitaksiyel katman ve substrat aynı malzemeden yapılmıştır: örneğin Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Heterojen Epitaksi:Epitaksiyel katman ve substrat farklı malzemelerden yapılmıştır: örneğin Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, vb.
Cilalı Gofret
Epitaksi Hangi Sorunları Çözer?
Toplu tek kristal malzemeler tek başına yarı iletken cihaz imalatının giderek karmaşıklaşan taleplerini karşılamak için yetersizdir. Bu nedenle 1959'un sonlarında epitaksi olarak bilinen ince tek kristalli malzeme büyütme tekniği geliştirildi. Peki epitaksiyel teknoloji özellikle malzemelerin ilerlemesine nasıl yardımcı oldu? Silikon için, silikon epitaksinin gelişimi, yüksek frekanslı, yüksek güçlü silikon transistörlerin imalatının önemli zorluklarla karşı karşıya kaldığı kritik bir zamanda meydana geldi. Transistör prensipleri açısından bakıldığında, yüksek frekans ve güce ulaşmak için kollektör bölgesinin arıza geriliminin yüksek, seri direncinin düşük olması yani doyma geriliminin küçük olması gerekir. Birincisi, toplayıcı malzemede yüksek direnç gerektirirken, ikincisi düşük direnç gerektirir, bu da bir çelişki yaratır. Seri direnci azaltmak için kolektör bölgesinin kalınlığını azaltmak, silikon levhayı işlenmek için çok ince ve kırılgan hale getirecek ve direncin düşürülmesi, ilk gereksinimle çelişecektir. Epitaksiyel teknolojinin gelişmesi bu sorunu başarıyla çözdü. Çözüm, düşük dirençli bir alt tabaka üzerinde yüksek dirençli bir epitaksiyel katman oluşturmaktı. Cihaz epitaksiyel katman üzerinde üretilerek transistörün yüksek arıza voltajını sağlarken, düşük dirençli alt tabaka baz direncini azaltır ve doyma voltajını düşürerek iki gereksinim arasındaki çelişkiyi çözer.
Ek olarak, GaAs, GaN ve diğerleri gibi III-V ve II-VI bileşik yarı iletkenler için buhar fazı ve sıvı faz epitaksi dahil olmak üzere epitaksiyel teknolojilerde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu teknolojiler birçok mikrodalga, optoelektronik ve güç cihazının üretimi için gerekli hale geldi. Özellikle, moleküler ışın epitaksisi (MBE) ve metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) gibi teknikler ince katmanlara, süper örgülere, kuantum kuyularına, gerilmiş süper örgülere ve atomik ölçekte ince epitaksiyel katmanlara başarıyla uygulanarak sağlam bir temel oluşturulmuştur. “bant mühendisliği” gibi yeni yarı iletken alanların geliştirilmesi.
Pratik uygulamalarda, geniş bant aralıklı yarı iletken cihazların çoğu, silisyum karbür (SiC) gibi malzemelerin yalnızca alt tabaka olarak kullanıldığı epitaksiyel katmanlar üzerinde üretilir. Bu nedenle, epitaksiyel katmanın kontrol edilmesi geniş bant aralıklı yarı iletken endüstrisinde kritik bir faktördür.
Epitaksi Teknolojisi: Yedi Temel Özellik
1. Epitaksi, düşük (veya yüksek) dirençli bir substrat üzerinde yüksek (veya düşük) dirençli bir katman oluşturabilir.
2. Epitaksi, P (veya N) tipi substratlar üzerinde N (veya P) tipi epitaksiyel katmanların büyümesine izin vererek, tek bir kristal substrat üzerinde bir PN bağlantısı oluşturmak için difüzyon kullanıldığında ortaya çıkan telafi sorunları olmadan doğrudan bir PN bağlantısı oluşturur.
3. Maske teknolojisi ile birleştirildiğinde, belirli alanlarda seçici epitaksiyel büyüme gerçekleştirilerek entegre devrelerin ve özel yapılara sahip cihazların imalatına olanak sağlanır.
4. Epitaksiyel büyüme, konsantrasyonda ani veya kademeli değişiklikler elde etme yeteneği ile doping türlerinin ve konsantrasyonlarının kontrol edilmesine olanak tanır.
5. Epitaksi, ultra ince katmanlar da dahil olmak üzere değişken bileşimlere sahip, heterojen, çok katmanlı, çok bileşenli bileşikler üretebilir.
6. Epitaksiyel büyüme, malzemenin erime noktasının altındaki sıcaklıklarda, kontrol edilebilir bir büyüme hızıyla meydana gelebilir ve katman kalınlığında atomik düzeyde hassasiyete izin verir.
7. Epitaksi, GaN ve üçlü/dörtlü bileşik yarı iletkenler gibi kristallere çekilemeyen malzemelerin tek kristal katmanlarının büyütülmesini sağlar.
Çeşitli Epitaksiyel Katmanlar ve Epitaksiyel Süreçler
Özetle, epitaksiyel katmanlar, toplu alt katmanlara göre daha kolay kontrol edilen ve mükemmel bir kristal yapı sunar; bu da ileri malzemelerin geliştirilmesi için faydalıdır.
Gönderim zamanı: 24 Aralık 2024