Substrat vs. Epitaxy: Yarım iletken levha üretiminin çift sütunu
May 28, 2025
I. Substrat ve Epitaxinin Temel Tanımları
SubstratveEpitaksiyarı iletken wafer üretiminde temel olarak farklı ancak birbirine yakın iki kavramdır.
Substrat:
Bir substrat tipik olarak, tüm sonraki yarı iletken işlemlerinin "temelli" olarak hizmet eden yüksek saflıklı, yüksek kaliteli tek kristal bir malzemedir.Sadece mekanik destek değil aynı zamanda cihaz üretimi için gerekli iyi düzenli bir ızgara şablonu sağlar.
Yaygın malzemeler şunlardır:Silikon (Si), Silikon Karbid (SiC), Safir (Al2O3), Gallium Arsenide (GaAs), vb.
Epitaxy:
Epitaxy, bir altyapının yüzeyinde yeni, yüksek kaliteli tek kristalin bir filmin kontrol altında büyümesini ifade eder.epitaksyal katman.
Epitaksyal katman substratla aynı malzemeden olabilir (Homoepitaksi) veya farklı bir malzemeden (Heteroepitaxy)
II. Wafer Üretim Süresindeki İlişki
Adım 1: Altyapı Hazırlanması
Yüksek saflıkta tek kristal vafeler, Czochralski işlemi veya yüzen bölge tekniği gibi yöntemlerle üretilir.Waferler substrat olarak kullanılmaya hazırdır..
Adım 2: Epitaxial Büyüme
Yüksek kaliteli tek kristal katman, substratın yüzeyinde yetiştirilir.ve cihazın özel tasarım gereksinimlerini karşılamak için daha az yapısal kusur.
III. Substrat Nedir? Onun Rolü ve Önemi
Fonksiyon 1: Mekanik Destek
Substrat, tüm sonraki işlemler ve cihazlar için platform olarak çalışır.
Fonksiyon 2: Çerez Şablonu
Substratın kristal ızgara yapısı, epitaksyal katmanın kristal kalitesini belirler ve bu da cihaz performansını doğrudan etkiler.
Fonksiyon 3: Elektrikli Temel
Substrat malzemesinin içsel elektrik özellikleri, iletkenlik ve direnç gibi temel yonga özelliklerini etkiler.
Örnek:
Çoğu yarı iletken fabrikasında başlangıç noktası olarak 6 inçlik tek kristal silikon levha kullanılır.
IV. Epitaxy nedir? İlkeleri ve Hazırlama Metotları
Epitaxial büyüme prensibi:
Epitaxy involves the atomic-scale deposition of a new single crystal layer that aligns with the lattice structure of the underlying substrate—similar to decorating a well-laid foundation with high-grade materials.
Epitaxial büyüme teknikleri:
-
Buhar Fazı Epitaxi (VPE):En yaygın kullanılan yöntem, gaz halindeki öncü maddeleri yüksek sıcaklıkta bir reaksiyon odasına sokarak alt yüzeyinde biriktirir ve kristalleştirir.silikon epitaksi genellikle silikon tetraklorür veya triklorosilan gaz kaynakları olarak kullanılır.- Hayır.
-
Sıvı Faz Epitaxi (LPE):Malzemeler, esas olarak bileşik yarı iletkenler için substrat üzerinde sıvı formda depolanır ve kristalleştirilir.
-
Moleküler ışın epitaksi (MBE):Yüksek hassasiyetle ultra yüksek vakum altında gerçekleştirilen bir yöntem, gelişmiş kuantum yapıları ve süper ızgaralar üretmek için idealdir.
-
Metal-organik kimyasal buhar çökümü (MOCVD):Özellikle GaN ve GaAs gibi III-V yarı iletkenleri için uygundur.
Epitaxy' nin işlevleri:
-
Yüzey saflığı ve düzlüğü arttırılmış:Parlak bir substratın bile mikroskobik kusurları vardır; epitaksi neredeyse kusursuz bir yüzey katmanı oluşturur.
-
Özel Elektriksel ve Yapısal Özellikler:Özel işlevsel gereksinimleri karşılamak için doping türü (N-tip/P-tip), konsantrasyon ve katman kalınlığı üzerinde hassas bir kontrol sağlar.
-
Çok Katmanlı veya Heterostructures'i etkinleştirir:Çoklu kuantum kuyuları ve süper ızgaralar gibi yapılar için gereklidir. Bunlar sadece epitaksiyel büyüme yoluyla elde edilebilir.
V. Homoepitaksi ve Heteroepitaksi Arasındaki Farklar ve Uygulamaları
Homoepitaksi:
Substrat ve epitaksyal katman aynı malzemeden oluşur (örneğin, Si substratındaki Si epitaksyal katman).
-
Avantajları:Yüzey kalitesinin önemli ölçüde iyileştirilmesini, kusur yoğunluğunun azaltılmasını ve cihazın verimliliğinin ve tutarlılığının artırılmasını sağlar.
-
Uygulamalar:Güç cihazlarında ve entegre devrelerde yaygın olarak kullanılır.
Heteroepitaxy:
Substrat ve epitaksyal katman farklı malzemelerdir (örneğin, safir substratındaki GaN epitaksyal katman).
-
Avantajları:Tek malzeme sistemlerinin sınırlamalarını atlayarak üstün elektrik ve optik performans elde etmek için farklı malzemelerin istenen özelliklerini birleştirir.
-
Dezavantajları:Çerez uyumsuzluğu ve termal genişleme katsayısı farklılıkları genellikle tampon katmanları veya yapısal optimizasyonlara ihtiyaç duyan streslere, dislokasyonlara ve diğer kusurlara neden olur.
-
Uygulamalar:LED'lerde, lazerlerde, yüksek frekanslı transistörlerde yaygın. GaN genellikle safir, silikon veya SiC substratlarında yetiştirilir.
VI. Üçüncü nesil yarı iletkenlerdeki kritik rol
Üçüncü nesil yarı iletkenlerde (örneğin, SiC, GaN), neredeyse tüm gelişmiş güç ve optoelektronik cihazlar epitaksyal katmanlara dayanır.
Örnek: SiC cihazları:
Çökme voltajı ve on direnci gibi kilit parametreler, epitaksyal tabakanın kalınlığı ve doping konsantrasyonu ile belirlenir.SiC substrat mekanik destek ve bir ızgara şablonu sağlar, ama epitaksiyel katman cihazın gerçek performansını tanımlar.
Epitaksyal katman ne kadar kalın ve kusursuzsa, parçalanma voltajı o kadar yüksektir ve performans o kadar iyidir.
Bu nedenle, geniş bant aralığı yarı iletken endüstrisinde, epitaksiyel büyüme teknolojisi, nihai cihazların performans tavanını doğrudan tanımlar.
İlgili Ürünler
12 inç SiC Wafer 300mm Silikon Karbid Wafer İletici Numara N-Tipi Araştırma sınıfı