מה ההבדל בין מצע לאפיטקסיה?

בתהליך הכנת פרוסות, ישנם שני חולי ליבה: האחד הוא הכנת המצע, והשני הוא יישום התהליך האפיטקסיאלי. את המצע, רקיק עשוי בקפידה מחומר גבישי חד-למחצה, ניתן להכניס ישירות לתהליך ייצור הפרוסים כבסיס לייצור התקני מוליכים למחצה, או שניתן לשפר אותו עוד יותר באמצעות תהליכים אפיטקסיאליים.

אז מה זה דנוטציה? בקיצור, אפיטקסיה היא גידול של שכבה חדשה של גביש בודד על מצע גביש יחיד שעבר עיבוד דק (חיתוך, שחיקה, ליטוש וכו'). שכבת גביש יחידה חדשה זו והמצע יכולים להיות עשויים מאותו חומר או חומרים שונים, כך שניתן להשיג צמיחה הומוגנית או הטרופיטקסיאלית לפי הצורך. מכיוון ששכבת הגביש החד-חדש שגדלה תתרחב בהתאם לשלב הגבישי של המצע, היא נקראת שכבה אפיטקסיאלית. העובי שלו הוא בדרך כלל רק כמה מיקרונים. אם לוקחים סיליקון כדוגמה, גידול אפיטקסיאלי של סיליקון הוא לגדל שכבת סיליקון עם אותה כיוון גביש כמו המצע, התנגדות ועובי ניתנים לשליטה, על מצע סיליקון גבישי יחיד עם כיוון גביש ספציפי. שכבת גביש חד סיליקון עם מבנה סריג מושלם. כאשר השכבה האפיטקסיאלית גדלה על המצע, השלם נקרא רקיק אפיטקסיאלי.

עבור תעשיית המוליכים למחצה המסורתיים של סיליקון, ייצור התקנים בתדר גבוה והספק גבוה ישירות על פרוסות סיליקון יתקל בקשיים טכניים מסוימים. לדוגמא, קשה להשיג את הדרישות של מתח פירוק גבוה, התנגדות סדרתית קטנה וירידה קטנה במתח הרוויה באזור הקולט. הכנסת טכנולוגיית האפיטקסיה פותרת את הבעיות הללו בצורה חכמה. הפתרון הוא לגדל שכבה אפיטקסיאלית בעלת התנגדות גבוהה על מצע סיליקון בעל התנגדות נמוכה, ולאחר מכן לייצר מכשירים על השכבה האפיטקסיאלית בעלת ההתנגדות הגבוהה. באופן זה, השכבה האפיטקסיאלית בעלת ההתנגדות הגבוהה מספקת מתח פירוק גבוה למכשיר, בעוד המצע בעל ההתנגדות הנמוכה מפחית את התנגדות המצע, ובכך מפחית את ירידת מתח הרוויה, ובכך משיג מתח פירוק גבוה ואיזון קטן בין התנגדות להתנגדות. נפילת מתח קטנה.

בנוסף, טכנולוגיות אפיטקסיות כגון אפיטקסיית פאזה אדים ואפיטקסית פאזה נוזלית של GaAs וחומרים אחרים מוליכים למחצה של III-V, II-VI וחומרים מולקולריים מולקולריים אחרים פותחו מאוד והפכו לבסיס לרוב מכשירי המיקרוגל, התקנים אופטו-אלקטרוניים והספק מכשירים. טכנולוגיות תהליך הכרחיות לייצור, במיוחד יישום מוצלח של טכנולוגיית שלב מולקולרי ואדי מתכת-אורגני בשכבות דקות, סריג-על, בארות קוונטיות, סריג-על מתוחים ואפיטקסיה דקה ברמה אטומית הפכו לתחום חדש של מחקר מוליכים למחצה. הפיתוח של "פרויקט חגורת האנרגיה" הניח בסיס איתן.

מבחינת מכשירי המוליכים למחצה מהדור השלישי, כמעט כל מכשירי המוליכים למחצה כאלה מיוצרים על השכבה האפיטקסיאלית, ופלסת הסיליקון קרביד עצמה משמשת רק כמצע. עובי החומר האפיטקסיאלי של SiC, ריכוז נושאי הרקע ופרמטרים אחרים קובעים ישירות את התכונות החשמליות השונות של מכשירי SiC. התקני סיליקון קרביד ליישומי מתח גבוה מציגים דרישות חדשות לפרמטרים כגון עובי החומרים האפיטקסיאליים וריכוז נושאי הרקע. לכן, הטכנולוגיה האפיטקסיאלית של סיליקון קרביד ממלאת תפקיד מכריע בניצול מלא של הביצועים של התקני סיליקון קרביד. ההכנה של כמעט כל מכשירי החשמל של SiC מבוססת על פרוסות אפיטקסיאליות SiC באיכות גבוהה. הייצור של שכבות אפיטקסיאליות הוא חלק חשוב בתעשיית המוליכים למחצה רחבים.