W procesie przygotowania płytek istnieją dwa podstawowe ogniwa: jednym jest przygotowanie podłoża, a drugim realizacja procesu epitaksjalnego. Podłoże, czyli płytka starannie wykonana z półprzewodnikowego materiału monokrystalicznego, można bezpośrednio zastosować w procesie produkcji płytek jako podstawę do produkcji urządzeń półprzewodnikowych lub można je dodatkowo ulepszyć za pomocą procesów epitaksjalnych.
Czym zatem jest denotacja? Krótko mówiąc, epitaksja to wzrost nowej warstwy monokryształu na podłożu monokrystalicznym, które zostało poddane dokładnej obróbce (cięcie, szlifowanie, polerowanie itp.). Ta nowa warstwa monokryształu i podłoże mogą być wykonane z tego samego lub różnych materiałów, dzięki czemu w razie potrzeby można uzyskać jednorodny lub heteroepitaksjalny wzrost. Ponieważ nowo wyhodowana warstwa pojedynczego kryształu będzie się rozszerzać zgodnie z fazą krystaliczną podłoża, nazywa się ją warstwą epitaksjalną. Jego grubość wynosi zazwyczaj tylko kilka mikronów. Biorąc za przykład krzem, wzrost epitaksjalny krzemu polega na wyhodowaniu warstwy krzemu o tej samej orientacji kryształów co podłoże, o kontrolowanej oporności i grubości, na podłożu z monokrystalicznego krzemu o określonej orientacji kryształów. Warstwa monokrystaliczna krzemu o doskonałej strukturze sieci. Kiedy warstwa epitaksjalna narasta na podłożu, całość nazywa się płytką epitaksjalną.
W przypadku tradycyjnego przemysłu półprzewodników krzemowych produkcja urządzeń o wysokiej częstotliwości i dużej mocy bezpośrednio na płytkach krzemowych będzie napotykać pewne trudności techniczne. Na przykład wymagania dotyczące wysokiego napięcia przebicia, małej rezystancji szeregowej i małego spadku napięcia nasycenia w obszarze kolektora są trudne do spełnienia. Wprowadzenie technologii epitaksji sprytnie rozwiązuje te problemy. Rozwiązaniem jest wyhodowanie warstwy epitaksjalnej o wysokiej rezystancji na podłożu krzemowym o niskiej rezystancji, a następnie wytworzenie urządzeń na warstwie epitaksjalnej o wysokiej rezystancji. W ten sposób warstwa epitaksjalna o wysokiej rezystancji zapewnia wysokie napięcie przebicia dla urządzenia, natomiast podłoże o niskiej rezystancji zmniejsza rezystancję podłoża, zmniejszając w ten sposób spadek napięcia nasycenia, uzyskując w ten sposób wysokie napięcie przebicia i mały balans pomiędzy rezystancją a mały spadek napięcia.
Ponadto technologie epitaksji, takie jak epitaksja w fazie gazowej i epitaksja w fazie ciekłej GaA i innych materiałów półprzewodnikowych III-V, II-VI i innych związków molekularnych, również zostały znacznie rozwinięte i stały się podstawą większości urządzeń mikrofalowych, urządzeń optoelektronicznych i mocy urządzenia. Niezbędne technologie procesowe do produkcji, zwłaszcza pomyślne zastosowanie technologii wiązek molekularnych i epitaksji metaloorganicznej w fazie gazowej w cienkich warstwach, supersieciach, studniach kwantowych, naprężonych supersieciach i epitaksji cienkowarstwowej na poziomie atomowym stały się nowym obszarem badań półprzewodników. Rozwój „Projektu Pasa Energetycznego” położył solidne podstawy.
W przypadku urządzeń półprzewodnikowych trzeciej generacji prawie wszystkie tego typu elementy wykonane są na warstwie epitaksjalnej, a sama płytka z węglika krzemu służy jedynie jako podłoże. Grubość materiału epitaksjalnego SiC, stężenie nośnika tła i inne parametry bezpośrednio determinują różne właściwości elektryczne urządzeń SiC. Urządzenia z węglika krzemu do zastosowań wysokonapięciowych stawiają nowe wymagania dotyczące parametrów, takich jak grubość materiałów epitaksjalnych i stężenie nośnika tła. Dlatego technologia epitaksjalna z węglika krzemu odgrywa decydującą rolę w pełnym wykorzystaniu wydajności urządzeń z węglika krzemu. Przygotowanie niemal wszystkich urządzeń zasilających SiC opiera się na wysokiej jakości płytkach epitaksjalnych SiC. Produkcja warstw epitaksjalnych jest ważną częścią przemysłu półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej.
Czas publikacji: 6 maja 2024 r