מהי אפיטקסיה?

רוב המהנדסים לא מכיריםאפיטקסיה, אשר ממלא תפקיד חשוב בייצור התקני מוליכים למחצה.אפיטקסיהיכול לשמש במוצרי שבבים שונים, ולמוצרים שונים יש סוגים שונים של אפיטקסיה, כוללסי אפיטקסיה, אפיטקסיה SiC, אפיטקסיית GaNוכו'

מהי אפיטקסיה?
Epitaxy נקראת לעתים קרובות "Epitaxy" באנגלית. המילה באה מהמילים היווניות "epi" (שפירושו "מעל") ו"מוניות" (שפירושו "סידור"). כפי שהשם מרמז, זה אומר לסדר בצורה מסודרת על גבי חפץ. תהליך האפיטקסיה הוא הפקדת שכבת גביש בודדת דקה על מצע גביש יחיד. שכבת גביש יחידה חדשה זו נקראת שכבה אפיטקסיאלית.

ישנם שני סוגים עיקריים של אפיטקסיה: הומיאפיטקסיאלית והטרופיטקסיאלית. Homoepitaxial מתייחס לגידול אותו חומר על אותו סוג של מצע. השכבה האפיטקסיאלית והמצע הם בעלי אותו מבנה סריג בדיוק. Heteroepitaxy היא גידול של חומר אחר על מצע של חומר אחד. במקרה זה, מבנה הסריג של שכבת הגביש שגדלה אפיטקסיאלית והמצע עשויים להיות שונים. מהם גבישים בודדים ופולי גבישיים?
במוליכים למחצה, אנו שומעים לעתים קרובות את המונחים סיליקון גבישי יחיד וסיליקון רב גבישי. מדוע סיליקון מסויים נקראים גבישים בודדים וסיליקון מסויים נקראים פוליקריסטליים?

גביש בודד: סידור הסריג הוא רציף וללא שינוי, ללא גבולות גרגר, כלומר, הגביש כולו מורכב מסריג אחד עם אוריינטציה גבישית עקבית. רב גבישי: רב גבישי מורכב מהרבה גרגרים קטנים, שכל אחד מהם הוא גביש בודד, והכיוון שלהם אקראי זה ביחס לזה. גרגרים אלה מופרדים על ידי גבולות גרגרים. עלות הייצור של חומרים רב גבישיים נמוכה מזו של גבישים בודדים, כך שהם עדיין שימושיים ביישומים מסוימים. היכן יהיה מעורב התהליך האפיטקסיאלי?
בייצור מעגלים משולבים מבוססי סיליקון, נעשה שימוש נרחב בתהליך האפיטקסיאלי. לדוגמה, אפיטקסיית סיליקון משמשת לגידול שכבת סיליקון טהורה ומבוקרת עדינה על מצע סיליקון, שהיא חשובה ביותר לייצור מעגלים משולבים מתקדמים. בנוסף, במכשירי חשמל, SiC ו-GaN הם שני חומרים נפוצים של מוליכים למחצה רחבים בפס רחב עם יכולות טיפול מצוינות בכוח. חומרים אלה גדלים בדרך כלל על סיליקון או מצעים אחרים באמצעות אפיטקסיה. בתקשורת קוונטית, סיביות קוונטיות מבוססות מוליכים למחצה משתמשים בדרך כלל במבנים אפיטקסיאליים של סיליקון גרמניום. וכו.

שיטות לגדילה אפיטקסיאלית?

שלוש שיטות אפיטקסיה של מוליכים למחצה נפוצות:

אפיטקסיית קרן מולקולרית (MBE): אפיטקסיית קרן מולקולרית) היא טכנולוגיית גידול אפיטקסיאלית מוליכים למחצה המבוצעת בתנאי ואקום גבוה במיוחד. בטכנולוגיה זו, חומר המקור מתאדה בצורה של אטומים או אלומות מולקולריות ולאחר מכן מופקד על מצע גבישי. MBE היא טכנולוגיית צמיחת סרט דק של מוליכים למחצה מאוד מדויקת וניתנת לשליטה שיכולה לשלוט במדויק על עובי החומר המופקד ברמה האטומית.

מתכת אורגנית CVD (MOCVD): בתהליך MOCVD, מתכות אורגניות וגזי הידריד המכילים את היסודות הנדרשים מסופקים למצע בטמפרטורה מתאימה, והחומרים המוליכים למחצה הנדרשים נוצרים באמצעות תגובות כימיות ומופקדים על המצע, בעוד השאר תרכובות ותוצרי תגובה משתחררים.

Vapor Phase Epitaxy (VPE): Vapor Phase Epitaxy היא טכנולוגיה חשובה הנפוצה בייצור של התקני מוליכים למחצה. העיקרון הבסיסי שלו הוא להעביר את האדים של חומר או תרכובת בודדים בגז נשא ולהפקיד גבישים על המצע באמצעות תגובות כימיות.