מהי צמיחה אפיטקסיאלית?

גדילה אפיטקסיאלית היא טכנולוגיה המצמיחת שכבת גביש בודדת על מצע גבישי בודד (סובסטרט) עם כיוון גביש זהה למצע, כאילו הגביש המקורי התרחב החוצה. שכבת גביש יחיד זו שגדלה לאחרונה יכולה להיות שונה מהמצע מבחינת סוג המוליכות, התנגדות וכו', ויכולה להצמיח גבישים חד-שכבתיים בעלי עובי שונה ודרישות שונות, ובכך לשפר מאוד את הגמישות של עיצוב המכשיר וביצועי המכשיר. בנוסף, התהליך האפיטקסיאלי נמצא בשימוש נרחב גם בטכנולוגיית בידוד צומת PN במעגלים משולבים ובשיפור איכות החומר במעגלים משולבים בקנה מידה גדול.

סיווג האפיטקסיה מתבסס בעיקר על ההרכבים הכימיים השונים של המצע והשכבה האפיטקסיאלית ושיטות הגידול השונות.
על פי הרכבים כימיים שונים, ניתן לחלק את הצמיחה האפיטקסיאלית לשני סוגים:

1. Homoepitaxial: במקרה זה, לשכבה האפיטקסיאלית יש הרכב כימי זהה למצע. לדוגמה, שכבות אפיטקסיאליות סיליקון גדלות ישירות על מצעי סיליקון.

2. Heteroepitaxy: כאן, ההרכב הכימי של השכבה האפיטקסיאלית שונה מזה של המצע. לדוגמה, שכבה אפיטקסיאלית של גליום ניטריד גדלה על מצע ספיר.

על פי שיטות גידול שונות, ניתן לחלק את טכנולוגיית הגידול האפיטקסיאלית לסוגים שונים:

1. אפיטקסיית אלומה מולקולרית (MBE): זוהי טכנולוגיה לגידול סרטים דקים של גביש בודד על גבי מצעים בודדים, אשר מושגת על ידי שליטה מדויקת בקצב זרימת האלומה המולקולרית ובצפיפות האלומה בוואקום גבוה במיוחד.

2. שקיעת אדים כימית מתכת-אורגני (MOCVD): טכנולוגיה זו משתמשת בתרכובות מתכת-אורגניות ובריאגנטים בשלבי גז לביצוע תגובות כימיות בטמפרטורות גבוהות ליצירת חומרי הסרט הדק הנדרשים. יש לו יישומים רחבים בהכנת חומרים ומכשירים מוליכים למחצה מורכבים.

3. אפיטקסיה נוזלית (LPE): על ידי הוספת חומר נוזלי למצע גבישי יחיד וביצוע טיפול בחום בטמפרטורה מסוימת, החומר הנוזלי מתגבש ליצירת סרט גבישי יחיד. הסרטים שהוכנו בטכנולוגיה זו מותאמים לסריג למצע ומשמשים לרוב להכנת חומרים והתקנים מוליכים למחצה מורכבים.

4. אפיטקסיית פאזה אדים (VPE): מנצל מגיבים גזים לביצוע תגובות כימיות בטמפרטורות גבוהות כדי ליצור את חומרי הסרט הדק הנדרשים. טכנולוגיה זו מתאימה להכנת סרטי גביש בודדים בעלי שטח גדול ואיכותי, והיא יוצאת דופן במיוחד בהכנת חומרים ומכשירים מוליכים למחצה מורכבים.

5. אפיטקסיית אלומה כימית (CBE): טכנולוגיה זו משתמשת בקרני כימיקלים כדי לגדל סרטי גביש בודדים על גבי מצעים בודדים, אשר מושגת על ידי שליטה מדויקת בקצב זרימת האלומה הכימית ובצפיפות האלומה. יש לו יישומים רחבים בהכנת סרטים דקים קריסטל יחיד באיכות גבוהה.

6. אפיטקסיה של שכבה אטומית (ALE): באמצעות טכנולוגיית שקיעת שכבה אטומית, חומרי הסרט הדק הנדרשים מופקדים שכבה אחר שכבה על מצע גבישי יחיד. טכנולוגיה זו יכולה להכין סרטי גביש בודדים בעלי שטח גדול ואיכותי, והיא משמשת לעתים קרובות להכנת חומרים והתקנים מוליכים למחצה מורכבים.

7. אפיטקסיית קיר חמה (HWE): באמצעות חימום בטמפרטורה גבוהה, מגיבים גזים מופקדים על מצע גבישי יחיד ליצירת סרט גבישי יחיד. טכנולוגיה זו מתאימה גם להכנת סרטי גביש חד-גבישים בעלי שטח גדול ואיכותי, ומשמשת במיוחד בהכנת חומרים ומכשירים מוליכים למחצה מורכבים.