2023-10-10
Nel campo della fabbricazione di dispositivi a semiconduttore, il controllo preciso della crescita dei cristalli è fondamentale per ottenere dispositivi affidabili e di alta qualità. Una tecnica che ha svolto un ruolo fondamentale in questo settore è l’epitassia in fase liquida (LPE).
Principi fondamentali della LPE:
L'epitassia, in generale, si riferisce alla crescita di uno strato cristallino su un substrato con una struttura reticolare simile. L'LPE, una notevole tecnica epitassiale, prevede l'uso di una soluzione sovrasatura del materiale da coltivare. Il substrato, tipicamente monocristallino, viene messo a contatto con questa soluzione per una durata specifica. Quando le costanti reticolari del substrato e del materiale da coltivare sono strettamente corrispondenti, il materiale precipita sul substrato mantenendo la qualità cristallina. Questo processo porta alla formazione di uno strato epitassiale accoppiato a reticolo.
Attrezzatura LPE:
Sono stati sviluppati diversi tipi di apparati di crescita per LPE, ciascuno dei quali offre vantaggi unici per applicazioni specifiche:
Forno di ribaltamento:
Il substrato è posto ad un'estremità di una barchetta di grafite all'interno di un tubo di quarzo.
La soluzione si trova all'altra estremità della barca di grafite.
Una termocoppia collegata alla barca controlla la temperatura del forno.
Il flusso di idrogeno attraverso il sistema previene l'ossidazione.
Il forno viene inclinato lentamente per portare la soluzione a contatto con il substrato.
Dopo aver raggiunto la temperatura desiderata e aver fatto crescere lo strato epitassiale, il forno viene ribaltato nella sua posizione originale.
Forno verticale:
In questa configurazione, il substrato viene immerso nella soluzione.
Questo metodo fornisce un approccio alternativo al forno ribaltabile, ottenendo il contatto necessario tra il substrato e la soluzione.
Forno Multibin:
Più soluzioni vengono conservate in contenitori successivi in questo apparecchio.
Il substrato può essere portato a contatto con diverse soluzioni, consentendo la crescita sequenziale di più strati epitassiali.
Questo tipo di forno è ampiamente utilizzato per fabbricare strutture complesse come quelle necessarie per i dispositivi laser.
Applicazioni di LPE:
Sin dalla sua dimostrazione iniziale nel 1963, LPE è stato impiegato con successo nella fabbricazione di vari dispositivi semiconduttori composti di tipo III-V. Questi includono laser a iniezione, diodi emettitori di luce, fotorilevatori, celle solari, transistor bipolari e transistor ad effetto di campo. La sua versatilità e capacità di produrre strati epitassiali di alta qualità abbinati a reticolo rendono LPE una pietra miliare nello sviluppo di tecnologie avanzate dei semiconduttori.
L'epitassia in fase liquida testimonia l'ingegnosità e la precisione richieste nella fabbricazione di dispositivi a semiconduttore. Comprendendo i principi della crescita cristallina e sfruttando le capacità dell'apparato LPE, ricercatori e ingegneri sono stati in grado di creare sofisticati dispositivi semiconduttori con applicazioni che vanno dalle telecomunicazioni all'energia rinnovabile. Mentre la tecnologia continua ad avanzare, LPE rimane uno strumento vitale nell’arsenale di tecniche che plasmano il futuro della tecnologia dei semiconduttori.
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