Substrato ed epitassia

Nel processo di preparazione del wafer ci sono due collegamenti fondamentali: uno è la preparazione del substrato e l'altro è l'implementazione del processo epitassiale. Il substrato, un wafer accuratamente realizzato in materiale semiconduttore monocristallino, può essere inserito direttamente nel processo di produzione del wafer come base per produrre dispositivi a semiconduttore o migliorare ulteriormente le prestazioni attraverso il processo epitassiale.

Allora, cos'èepitassia? In breve, l'epitassia consiste nel far crescere un nuovo strato di cristallo singolo su un substrato di cristallo singolo che è stato finemente lavorato (taglio, molatura, lucidatura, ecc.). Questo nuovo cristallo singolo e il substrato possono essere realizzati con lo stesso materiale o con materiali diversi, in modo da poter ottenere un'epitassia omogenea o eterogenea a seconda delle necessità. Poiché lo strato monocristallino appena cresciuto si espanderà in base alla fase cristallina del substrato, viene chiamato strato epitassiale. Il suo spessore è generalmente di pochi micron. Prendendo come esempio il silicio, la crescita epitassiale del silicio consiste nel far crescere uno strato di silicio monocristallino con lo stesso orientamento del cristallo del substrato, resistività e spessore controllabili e una struttura reticolare perfetta su un substrato di silicio monocristallino con un orientamento cristallino specifico. Quando lo strato epitassiale cresce sul substrato, l'insieme viene chiamato wafer epitassiale.

Per l'industria tradizionale dei semiconduttori in silicio, la realizzazione di dispositivi ad alta frequenza e ad alta potenza direttamente su wafer di silicio incontrerà alcune difficoltà tecniche, come l'elevata tensione di rottura, la piccola resistenza in serie e la piccola caduta di tensione di saturazione nella regione del collettore sono difficili da ottenere. L'introduzione della tecnologia epitassiale risolve abilmente questi problemi. La soluzione è far crescere uno strato epitassiale ad alta resistività su un substrato di silicio a bassa resistività e quindi realizzare dispositivi sullo strato epitassiale ad alta resistività. In questo modo, lo strato epitassiale ad alta resistività fornisce un'elevata tensione di rottura per il dispositivo, mentre il substrato a bassa resistività riduce la resistenza del substrato, riducendo così la caduta di tensione di saturazione, ottenendo così un equilibrio tra alta tensione di rottura e bassa resistenza e bassa caduta di tensione.

Inoltre,epitassialeAnche tecnologie come l'epitassia in fase vapore e l'epitassia in fase liquida di III-V, II-VI e altri materiali semiconduttori composti molecolari come GaAs sono state notevolmente sviluppate e sono diventate tecnologie di processo indispensabili per la produzione della maggior parte dei dispositivi a microonde, dispositivi optoelettronici, dispositivi di potenza dispositivi, ecc., in particolare l'applicazione di successo del fascio molecolare e dell'epitassia in fase vapore organica metallica in strati sottili, superreticoli, pozzi quantici, superreticoli deformati e epitassia su strato sottile atomico, che ha gettato solide basi per lo sviluppo dell'"ingegneria delle bande" , un nuovo campo di ricerca sui semiconduttori.

Per quanto riguarda i dispositivi a semiconduttore di terza generazione, tali dispositivi a semiconduttore sono quasi tutti realizzati sullo strato epitassiale, e lowafer di carburo di siliciostesso viene utilizzato solo come substrato. Parametri come lo spessore e la concentrazione del vettore di fondo di SiCepitassialei materiali determinano direttamente le varie proprietà elettriche dei dispositivi SiC. I dispositivi al carburo di silicio per applicazioni ad alta tensione presentano nuovi requisiti per parametri quali lo spessore e la concentrazione del portatore di fondo dei materiali epitassiali. Pertanto, la tecnologia epitassiale del carburo di silicio gioca un ruolo decisivo nello sfruttare appieno le prestazioni dei dispositivi in ​​carburo di silicio. Quasi tutti i dispositivi di potenza SiC sono preparati in base all'alta qualitàWafer epitassiali SiCe la produzione di strati epitassiali è una parte importante dell'industria dei semiconduttori ad ampio gap di banda.