Le rôle crucial des couches épitaxiales dans les dispositifs semi-conducteurs

1. La cause de son apparition

Dans le domaine de la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, la recherche de matériaux capables de répondre à l’évolution de la demande pose continuellement des défis. Fin 1959, le développement des couches mincesmonocristallinmatérieltechniques de croissance, connues sous le nom deépitaxie, est apparue comme une solution cruciale. Mais comment exactement la technologie épitaxiale a-t-elle contribué au progrès des matériaux, en particulier pour le silicium ? Initialement, la fabrication de transistors en silicium haute fréquence et haute puissance s’est heurtée à des obstacles importants. Du point de vue des principes des transistors, obtenir une haute fréquence et une puissance élevée nécessitait une tension de claquage élevée dans la région du collecteur et une résistance série minimale, se traduisant par une chute de tension de saturation réduite.

Ces exigences présentaient un paradoxe : la nécessité de matériaux à haute résistivité dans la région du collecteur pour augmenter la tension de claquage, versus la nécessité de matériaux à faible résistivité pour diminuer la résistance en série. Réduire l'épaisseur du matériau de la région du collecteur pour diminuer la résistance en série risquait de rendre leplaquette de siliciumtrop fragile pour le traitement. À l’inverse, diminuer la résistivité du matériau contredisait la première exigence. L'avènement demangeaxella technologie a réussi à surmonter ce dilemme.

2. La solution

La solution consistait à faire croître une couche épitaxiale à haute résistivité sur une couche épitaxiale à faible résistivité.substrat. Fabrication d'appareils sur lecouche épitaxialeassurait une tension de claquage élevée grâce à sa haute résistivité, tandis que le substrat à faible résistivité réduisait la résistance de base, diminuant ainsi la chute de tension de saturation. Cette approche a réconcilié les contradictions inhérentes. En outre,épitaxialetechnologies, y compris en phase vapeur et en phase liquideépitaxiepour des matériaux comme le GaAs et d’autres semi-conducteurs composés moléculaires des groupes III-V, II-VI, ont considérablement progressé. Ces technologies sont devenues indispensables pour la fabrication de la plupart des appareils à micro-ondes, des appareils optoélectroniques, des appareils électriques, etc. Notamment, le succès du jet moléculaire etorgani-métalc épitaxie en phase vapeurdans des applications telles que les films minces, les super-réseaux, les puits quantiques, les super-réseaux contraints et la couche atomiqueépitaxeya jeté des bases solides pour le nouveau domaine de recherche de « l’ingénierie des bandes interdites ».

3. Sept capacités clés deTechnologie épitaxiale

(1) Capacité à développer une résistivité élevée (faible)couches épitaxialessur des substrats à faible (haute) résistivité.

(2) Capacité à développer le type N §couches épitaxialessur des substrats de type P(N), formant directement des jonctions PN sans les problèmes de compensation liés aux méthodes de diffusion.

(3) Intégration avec la technologie des masques pour une croissance sélectivecouches épitaxialesdans des zones désignées, ouvrant la voie à la production de circuits intégrés et de dispositifs dotés de structures uniques.

(4) Flexibilité pour modifier le type et la concentration des dopants pendant le processus de croissance, avec possibilité de changements brusques ou progressifs de concentration.

(5) Potentiel de croissance d'hétérojonctions, de multicouches et de couches ultra-minces à composition variable.

(6) Capacité de croissancecouches épitaxialesen dessous du point de fusion du matériau, avec des taux de croissance contrôlables, permettant une précision d'épaisseur au niveau atomique.

(7) Faisabilité de la croissance de couches monocristallines de matériaux difficiles à extraire, tels queGaN, et des composés ternaires ou quaternaires.

En substance,couche épitaxialesoffrent une structure cristalline plus contrôlable et plus parfaite par rapport aux matériaux de substrat, ce qui profite considérablement à l'application et au développement des matériaux.**

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