半導体デバイスにおけるエピタキシャル層の重要な役割

1. 出現の原因

半導体デバイス製造の分野では、進化する需要に応えることができる材料の探索が継続的に課題を引き起こしています。 1959 年末までに、薄層の技術が開発されました。単結晶材料として知られる成長技術エピタキシー、重要なソリューションとして登場しました。しかし、エピタキシャル技術は材料、特にシリコンの進歩に具体的にどのように貢献したのでしょうか?当初、高周波、高出力シリコントランジスタの製造は大きな障害に直面しました。トランジスタ原理の観点から見ると、高周波と大電力を実現するには、コレクタ領域の高い降伏電圧と最小の直列抵抗が必要であり、これは飽和電圧降下の低減につながります。

これらの要件には、降伏電圧を高めるためにコレクタ領域に高抵抗率の材料が必要であるのに対し、直列抵抗を下げるには低抵抗率の材料が必要であるという矛盾があります。直列抵抗を減らすためにコレクタ領域の材料の厚さを薄くすると、シリコンウェーハ加工するには脆すぎる。逆に、材料の抵抗率を下げることは、最初の要件と矛盾します。の出現食べる軸lテクノロジーはこのジレンマをうまく乗り越えました。

2. 解決策

この解決策には、低抵抗率の層上に高抵抗率のエピタキシャル層を成長させることが含まれていました。基板。デバイスの製造エピタキシャル層高抵抗率により高耐圧を確保し、低抵抗基板によりベース抵抗を低減し、飽和電圧降下を低減しました。このアプローチにより、固有の矛盾が調和されました。さらに、エピタキシャル気相、液相などの技術エピタキシーGaAs やその他の III-V、II-VI 族分子化合物半導体などの材料は大幅に進歩しました。これらの技術は、ほとんどのマイクロ波デバイス、光電子デバイス、パワーデバイスなどの製造に不可欠なものとなっています。注目すべきは、分子線とメタルオーガニックc 気相エピタキシー薄膜、超格子、量子井戸、歪み超格子、原子層などの用途エピタキシャルy「バンドギャップエンジニアリング」という新たな研究領域の確固たる基盤を築きました。

3. 7つの主要な機能エピタキシャル技術

(1) 高（低）抵抗率の成長が可能エピタキシャル層低（高）抵抗率の基板上で。

(2) N§型の成長能力エピタキシャル層P (N) 型基板上に、拡散法に伴う補償の問題を生じることなく PN 接合を直接形成します。

(3) マスク技術との融合による選択成長エピタキシャル層指定された領域で、独自の構造を備えた集積回路やデバイスの生産への道を切り開きます。

(4) 成長プロセス中にドーパントの種類と濃度を柔軟に変更でき、濃度が突然または段階的に変化する可能性があります。

(5) ヘテロ接合、多層、および可変組成の超薄層を成長させる可能性。

(6) 成長する能力エピタキシャル層材料の融点以下で成長速度を制御できるため、原子レベルの厚さ精度が可能になります。

(7) 引き上げるのが難しい材料の単結晶層を成長させる実現可能性GaN、および三元化合物または四元化合物。

本質的に、エピタキシャル層s基板材料と比較して、より制御可能で完璧な結晶構造を提供し、材料の応用と開発に大きな利益をもたらします。**

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