ما هي عملية تنضيد أشباه الموصلات؟

إنه مثالي لبناء دوائر متكاملة أو أجهزة أشباه الموصلات على طبقة أساسية بلورية مثالية. النفوقتهدف عملية (epi) في تصنيع أشباه الموصلات إلى ترسيب طبقة دقيقة مفردة بلورية، عادة ما تكون حوالي 0.5 إلى 20 ميكرون، على ركيزة مفردة بلورية. تعتبر عملية النفوق خطوة مهمة في صناعة أجهزة أشباه الموصلات، وخاصة في تصنيع رقائق السيليكون.

عملية Epitaxy (epi) في تصنيع أشباه الموصلات

نظرة عامة على Epitaxy في تصنيع أشباه الموصلات

ما هي عملية التنضيد (epi) في تصنيع أشباه الموصلات تسمح بنمو طبقة بلورية رقيقة في اتجاه معين فوق الركيزة البلورية.

الهدف في تصنيع أشباه الموصلات، الهدف من عملية النفوق هو جعل الإلكترونات تنتقل بكفاءة أكبر عبر الجهاز. في بناء أجهزة أشباه الموصلات، يتم تضمين الطبقات الفوقية لتحسين الهيكل وجعله موحدًا.

عمليةنفوقتسمح هذه العملية بنمو طبقات فوقية عالية النقاء على ركيزة من نفس المادة. في بعض المواد شبه الموصلة، مثل الترانزستورات ثنائية القطب غير المتجانسة (HBTs) أو ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية (MOSFETs)، يتم استخدام عملية التنقيح لتنمية طبقة من مادة مختلفة عن الركيزة. إنها العملية الفوقية التي تجعل من الممكن تنمية طبقة مخدرة منخفضة الكثافة على طبقة من مادة مخدرة للغاية.

نظرة عامة على عملية الفوقية في تصنيع أشباه الموصلات

ما هي عملية التنضيد (epi) في تصنيع أشباه الموصلات التي تسمح بنمو طبقة بلورية رقيقة في اتجاه معين أعلى الركيزة البلورية.

الهدف في تصنيع أشباه الموصلات، الهدف من عملية النفوق هو جعل الإلكترونات يتم نقلها عبر الجهاز بكفاءة أكبر. في بناء أجهزة أشباه الموصلات، يتم تضمين الطبقات الفوقية لتحسين الهيكل وجعله موحدًا.

تسمح العملية الفوقية بنمو طبقات فوقية عالية النقاء على ركيزة من نفس المادة. في بعض المواد شبه الموصلة، مثل الترانزستورات ثنائية القطب غير المتجانسة (HBTs) أو ترانزستورات التأثير الميداني لأشباه الموصلات المعدنية (MOSFETs)، يتم استخدام عملية التنقيح لتنمية طبقة من مادة مختلفة عن الركيزة. إنها العملية الفوقية التي تجعل من الممكن تنمية طبقة مخدرة منخفضة الكثافة على طبقة من مادة مخدرة للغاية.

أنواع العمليات الفوقي في تصنيع أشباه الموصلات

في العملية الفوقي، يتم تحديد اتجاه النمو بواسطة بلورة الركيزة الأساسية. اعتمادا على تكرار الترسيب، يمكن أن تكون هناك طبقة واحدة أو أكثر من الطبقات الفوقية. يمكن استخدام العمليات الفوقي لتشكيل طبقات رقيقة من المادة التي تكون متماثلة أو مختلفة في التركيب الكيميائي والبنية عن الركيزة الأساسية.

نوعان من عمليات Epi

صفاتالفوقية المتجانسة

طبقات النمو طبقة النمو الفوقي هي نفس مادة طبقة الركيزة طبقة النمو الفوقي هي مادة مختلفة عن طبقة الركيزة

التركيب البلوري والشبكة: التركيب البلوري وثابت الشبكة للطبقة الفوقية والركيزة متماثلان. يختلف التركيب البلوري وثابت الشبكة للطبقة الفوقية والركيزة

أمثلة النمو الفوقي للسيليكون عالي النقاء على ركيزة السيليكون النمو الفوقي لزرنيخيد الغاليوم على ركيزة السيليكون

التطبيقات تتطلب هياكل أجهزة أشباه الموصلات طبقات من مستويات مختلفة من المنشطات أو أغشية نقية على ركائز أقل نقاءًا تتطلب هياكل أجهزة أشباه الموصلات طبقات من مواد مختلفة أو بناء أفلام بلورية من مواد لا يمكن الحصول عليها كبلورات مفردة

نوعان من عمليات Epi

خصائص Homoepitaxy Heteroنفوق

طبقة النمو طبقة النمو الفوقي هي نفس مادة طبقة الركيزة طبقة النمو الفوقي هي مادة مختلفة عن طبقة الركيزة

البنية البلورية والشبكة: التركيب البلوري وثابت الشبكة للطبقة الفوقية والركيزة متماثلان. يختلف التركيب البلوري وثابت الشبكة للطبقة الفوقية والركيزة

أمثلة النمو الفوقي للسيليكون عالي النقاء على ركيزة السيليكون النمو الفوقي لزرنيخيد الغاليوم على ركيزة السيليكون

التطبيقات هياكل أجهزة أشباه الموصلات التي تتطلب طبقات من مستويات مختلفة للمنشطات أو أغشية نقية على ركائز أقل نقاء هياكل أجهزة أشباه الموصلات التي تتطلب طبقات من مواد مختلفة أو بناء أفلام بلورية من مواد لا يمكن الحصول عليها كبلورات مفردة

العوامل المؤثرة على العمليات الفوقي في تصنيع أشباه الموصلات

وصف العوامل

تؤثر درجة الحرارة على معدل الفوقي وكثافة الطبقة الفوقية. درجة الحرارة المطلوبة لعملية النفوق أعلى من درجة حرارة الغرفة وتعتمد القيمة على نوع النفوق.

يؤثر الضغط على معدل الفوقي وكثافة الطبقة الفوقية.

العيوب العيوب في النفوق تؤدي إلى رقاقات معيبة. يجب الحفاظ على الظروف المادية المطلوبة لعملية الفوقي لنمو الطبقة الفوقية الخالية من العيوب.

الموضع المطلوب يجب أن تنمو عملية النفوق على الموضع الصحيح للبلورة. يجب تغطية المناطق التي لا يكون فيها النمو مرغوبًا أثناء العملية بشكل صحيح لمنع النمو.

التطعيم الذاتي نظرًا لأن عملية التنقيع تتم عند درجات حرارة عالية، فقد تكون الذرات المشابهة قادرة على إحداث تغييرات في المادة.

وصف العامل

تؤثر درجة الحرارة على معدل الفوقي وكثافة الطبقة الفوقية. درجة الحرارة المطلوبة لعملية الفوقي أعلى من درجة حرارة الغرفة، وتعتمد القيمة على نوع الفوقاني.

يؤثر الضغط على معدل الفوقي وكثافة الطبقة الفوقية.

العيوب العيوب في النفوق تؤدي إلى رقاقات معيبة. يجب الحفاظ على الظروف المادية المطلوبة لعملية الفوقي من أجل نمو الطبقة الفوقية الخالية من العيوب.

الموقع المرغوب يجب أن تنمو العملية النفوقية على الموقع الصحيح من البلورة. يجب تغطية المناطق التي لا يكون فيها النمو مرغوبًا خلال هذه العملية بشكل صحيح لمنع النمو.

التطعيم الذاتي نظرًا لأن عملية التنقيع تتم عند درجات حرارة عالية، فقد تكون الذرات المشابهة قادرة على إحداث تغييرات في المادة.

الكثافة الفوقية ومعدلها

كثافة النمو الفوقي هي عدد الذرات لكل وحدة حجم من المادة في طبقة النمو الفوقي. تؤثر عوامل مثل درجة الحرارة والضغط ونوع الركيزة شبه الموصلة على النمو الفوقي. بشكل عام، تختلف كثافة الطبقة الفوقي باختلاف العوامل المذكورة أعلاه. السرعة التي تنمو بها الطبقة الفوقية تسمى المعدل الفوقي.

إذا تمت زراعة النفوق في المكان والاتجاه المناسبين، فإن معدل النمو سيكون مرتفعاً والعكس صحيح. على غرار كثافة الطبقة الفوقية، يعتمد معدل الفوقي أيضًا على العوامل الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط ونوع مادة الركيزة.

يزداد المعدل الفوقي عند درجات الحرارة المرتفعة والضغوط المنخفضة. ويعتمد معدل النفوق أيضًا على اتجاه بنية الركيزة، وتركيز المواد المتفاعلة، وتقنية النمو المستخدمة.

طرق عملية الفوقية

هناك عدة طرق الفوقية:تنضيد الطور السائل (LPE)، تنضيد طور البخار الهجين، تنضيد الطور الصلب،ترسيب الطبقة الذرية, ترسيب البخار الكيميائي, تنضيد الشعاع الجزيئي، إلخ. دعونا نقارن بين عمليتين نفوقيتين: CVD وMBE.

ترسيب البخار الكيميائي (CVD) تنضيد الشعاع الجزيئي (MBE)

العملية الكيميائية العملية الفيزيائية

يتضمن تفاعلًا كيميائيًا يحدث عندما يلتقي سلائف الغاز بركيزة ساخنة في غرفة النمو أو المفاعل. يتم تسخين المادة المراد ترسيبها في ظل ظروف الفراغ

التحكم الدقيق في عملية نمو الفيلم التحكم الدقيق في سمك وتكوين الطبقة المزروعة

للتطبيقات التي تتطلب طبقات فوقي عالية الجودة للتطبيقات التي تتطلب طبقات فوقي دقيقة للغاية

الطريقة الأكثر استخدامًا هي الطريقة الأكثر تكلفة

العملية الكيميائية العملية الفيزيائية

يتضمن تفاعلًا كيميائيًا يحدث عندما يلتقي سلائف الغاز بركيزة ساخنة في غرفة النمو أو المفاعل. يتم تسخين المادة المراد ترسيبها في ظل ظروف الفراغ

التحكم الدقيق في عملية نمو الأغشية الرقيقة التحكم الدقيق في سمك وتكوين الطبقة المزروعة

يستخدم في التطبيقات التي تتطلب طبقات فوقي عالية الجودة يستخدم في التطبيقات التي تتطلب طبقات فوقي دقيقة للغاية

الطريقة الأكثر استخدامًا هي الطريقة الأكثر تكلفة

تعد عملية النفوق أمرًا بالغ الأهمية في تصنيع أشباه الموصلات؛ يعمل على تحسين أداء

أجهزة أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة. إنها إحدى العمليات الرئيسية في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات التي تؤثر على جودة الجهاز وخصائصه وأدائه الكهربائي.