Hetero - epitaksijalni rast vafera ključni je proces u industriji poluvodiča, što omogućava stvaranje naprednih elektroničkih i optoelektronskih uređaja. Kao epitaksijski dobavljač vafera, svjedočio sam iz prve ruke izazova i mogućnosti koje je u ovom procesu rasta predstavio neusklađenost rešetke. U ovom ću blogu istražiti kako rešetkasta neusklađenost utječe na hetero -epitaksijalni rast vafera i njegove posljedice na tržište poluvodiča.
Razumijevanje neusklađenosti rešetke
Prije nego što uđete u svoje učinke, ključno je razumjeti što je neusklađenost rešetke. U kristalnoj rešetki atomi su raspoređeni u redovnom, ponavljajućem uzorku. Kad se dva različita materijala koriste u hetero -epitaksijskom rastu, konstante rešetke (udaljenosti između atoma u kristalnoj rešetki) ovih materijala možda se ne podudaraju točno. Ova razlika u konstantama rešetke poznata je kao neusklađenost rešetke.
Neusklađenost rešetke može se izraziti kao postotak, izračunato pomoću formule:
[\ Text {rešetkasta neusklađenost} (%) = \ frac {a_2 - a_1} {a_1} \ Times100%]
gdje je (a_1) rešetkasta konstanta supstrata i (a_2) je rešetkasta konstanta epitaksijalnog sloja. Pozitivna vrijednost ukazuje da je rešetkasta konstanta epitaksijalnog sloja veća od one supstrata, dok negativna vrijednost znači suprotno.
Učinci neusklađenosti rešetka
1. generacija naprezanja
Jedan od najneposrednijih učinaka neusklađenosti rešetke je stvaranje naprezanja u epitaksijskom sloju. Kad se sloj s drugačijom rešetkom uzgaja na supstratu, atomi u sloju prisiljeni su poravnati s rešetkom supstrata. Zbog toga se atomi u sloju komprimiraju ili rastežu, što rezultira naprezanjem.
Kompresivno naprezanje nastaje kada je konstanta rešetke epitaksijskog sloja veća od one supstrata. Atomi u sloju guraju se bliže, što može dovesti do smanjenja konstante rešetke sloja u ravnini paralelnoj s supstratom. S druge strane, natezanje zatezanja događa se kada je rešetkasta konstanta epitaksijalnog sloja manja, što uzrokuje razdvajanje atoma.
Naprezanje može imati i pozitivne i negativne utjecaje. S pozitivne strane može izmijeniti elektronička i optička svojstva materijala. Na primjer, u nekim poluvodičkim materijalima, soj može promijeniti strukturu opsega, što dovodi do poboljšane pokretljivosti nosača ili izmijenjenih valnih duljina emisije. Međutim, pretjerani naprezanje također može uzrokovati probleme. To može dovesti do stvaranja nedostataka poput dislokacija, što može smanjiti učinak i pouzdanost materijala.
2. Formiranje dislokacije
Kako se naprezanje u epitaksijskom sloju povećava, postaje energetski povoljan da materijal ublaži soj formiranjem dislokacija. Dislokacije su oštećenja crte u kristalnoj rešetki gdje je redovito raspored atoma poremećen. Kad je neusklađenost rešetke velika, energija naprezanja može premašiti energiju potrebnu za stvaranje dislokacija, što dovodi do njihovog stvaranja.
Dislokacije mogu imati značajan utjecaj na kvalitetu hetero -epitaksijalnog reza. Oni mogu djelovati kao centri za raspršivanje za nosače naboja, smanjujući električnu vodljivost materijala. U optoelektronskim uređajima, dislokacije mogu također uzrokovati ne -radijacijsku rekombinaciju, što smanjuje učinkovitost uređaja i može dovesti do povećanja stvaranja topline.
Gustoća dislokacija u epitaksijskom sloju usko je povezana s neusklađenjem rešetke i debljinom sloja. Općenito, kako se neusklađenost rešetke povećava ili debljina sloja prelazi određenu kritičnu vrijednost, gustoća dislokacije također se povećava.
3. Površinska hrapavost
Nessposobljenost rešetke također može utjecati na površinsku hrapavost hetero -epitaksijalnog reza. Formiranje naprezanja i dislokacije može uzrokovati da površina epitaksijalnog sloja postane neujednačena. Tijekom procesa rasta, prisutnost naprezanja može dovesti do jednolične stope rasta na površini, što rezultira stvaranjem brda i dolina.
Površinska hrapavost ključni je faktor u izradi poluvodičkih uređaja. Gruba površina može uzrokovati probleme u sljedećim koracima obrade, poput litografije i metalizacije. Također može utjecati na performanse konačnog uređaja, na primjer, povećanjem raspršivanja svjetlosti u optoelektronskim uređajima ili uzrokom kratkih krugova u elektroničkim uređajima.
Ublažavanje učinaka neusklađenosti rešetke
1. Ocjenjivani slojevi međuspremnika
Jedan uobičajeni pristup ublažavanju učinaka neusklađenosti rešetke je korištenje stupnjevanih slojeva međuspremnika. Ocijenjeni međuspremnik sloj je sloj s postupnim promjenom rešetke između supstrata i epitaksijalnog sloja. Postepenim podešavanjem konstante rešetke, naprezanje u epitaksijskom sloju može se smanjiti, a stvaranje dislokacija može se minimizirati.
Na primjer, u rastu iii - V spojnih poluvodiča na silicijskim supstratima može se koristiti stupnjevi puferski sloj ternarne ili kvarterne legure. Sastav sloja međuspremnika postupno se mijenja iz sastava koji podudara supstrat na onaj koji odgovara epitaksijskom sloju. To omogućava konstantnoj rešetki da se glatko promijeni, smanjujući gustoću naprezanja i dislokacije.
2. Naprezanje - opušteni slojevi međuspremnika
Druga metoda je korištenje soja - opuštenih slojeva međuspremnika. Ti su slojevi dizajnirani tako da u potpunosti opuštaju naprezanje prije rasta aktivnog sloja. Uzgojem debelog sloja pufera s velikom neusklađenom rešetkom, soj se može ublažiti stvaranjem dislokacija. Međutim, ove su dislokacije ograničene na sloj pufera i ne propagiraju u aktivni sloj, koji se tada može uzgajati s relativno niskom gustoćom dislokacije.
3. Optimizacija uvjeti rasta
Optimiziranje uvjeta rasta, poput temperature, tlaka i brzine rasta, također može pomoći u smanjenju učinaka neusklađenosti rešetke. Na primjer, uzgoj epitaksijalnog sloja na nižoj temperaturi ponekad može smanjiti pokretljivost atoma, što može spriječiti stvaranje dislokacija. Prilagođavanje stope rasta također može utjecati na raspodjelu naprezanja u sloju i stvaranje oštećenja.
Implikacije na tržište poluvodiča
Kao epitaksijski dobavljač vafera, razumijevanje i upravljanje neusklađenim rešetkama ključni su za pružanje visokokvalitetnih proizvoda našim kupcima. Tržište poluvodiča zahtijeva vafere s izvrsnim električnim i optičkim svojstvima, niskim gustoćama oštećenja i glatkim površinama. Učinkovito ublažavajući učinke neusklađenosti rešetke, možemo proizvesti hetero -epitaksijalne vafre koji udovoljavaju tim zahtjevima.
Naša tvrtka nudi širok spektar epitaksijalnih reza, uključujućiEpitaksijalni vafer male veličinei8 inčni i 12 inčni epitaksijalni vafel. Ovi vafli su pažljivo dizajnirani kako bi umanjili utjecaj neusklađenosti rešetke, osiguravajući optimalne performanse u različitim aplikacijama kao što su integrirani krugovi, svjetlosne diode (LED) i solarne ćelije.
Ako se nalazite u industriji poluvodiča i tražite visoke kvalitetne epitaksijske vafre, bili bismo oduševljeni razgovarati o vašim specifičnim potrebama. Naš tim stručnjaka može vam pružiti detaljne informacije o našim proizvodima i pomoći vam da odaberete najprikladnije vafre za vaše aplikacije. Kontaktirajte nas kako biste započeli raspravu o nabavi i iskoristili našu stručnost u rastu hetero - epitaksijalnog rezina.
Reference
- Hull, R., & Bean, JC (1999). Svojstva legura SI, GE i Sige. Inspek.
- Stringfellow, GB (2001). Organometalna para - fazna epitaksija: teorija i praksa. Akademska tiska.
- TSAO, JY (1993). Osnove molekularne - snop epitaksije. Springer Science & Business Media.