Pertumbuhan epitaksi Berasal dari perkataan Greek epi - upon taxis - orderded

1. Pertumbuhan epitaksi • Berasal dari perkataan Greek • epi - upon • taxis - orderded • Epitaksi - pemendapan hablur tunggal ke atas substrak • Substrak akan bertindak sebagai benih hablur. • Pertumbuhan epitaksi berbeza daripada kaedah CZ, yg mana hablur ditumbuhkan dibawah suhu takat lebur. • Homoepitaksi - apabila bahan ditumbuhkan di atas bahan yang sama. ( Si atas Si wafer ) • Heteroepitaksi - Jika lapisan yang ditumbuhkan adalah daripada bahan yang berbeza ( AlxGa1-xAs atas GaAs ).

2. Dlm heteroepitaksi struktur hablur lapisan dan substrak mestilah sama. • Epitaksi Si dibanggunkan untuk meningkatkan prestasi transistor bipolar. • Pada mulanya transistor dwikutub difabrikasi di dalam wafer pukal dengan menggunakan kerintangan pada wafer bagi memperolehi nilai voltan runtuh (Vbd) pada pengumpul. • Tetapi voltan runtuh yang tinggi memerlukan bahan yg mempunyai nilai kerintangan tinggi. ( NA/D ,  ) • Bahan berkerintangan tinggi ini jika digabungkan dengan ketebalan wafer akan menghadkan respon frekuensi-tinggi dan meningkatkan pelelasan haba.

3. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menumbuhkan lapisan epitaksi berkerintangan tinggi di atas substrak yang berkerintangan rendah. • Lapisan epitaksi dan substrak akan mempunyai jenis pendop yang berlainan jenis utk hasilkan pengasingan, dan sebagai lapisan resapan berdop berat ( lapisan tertanam ).

4. Rajah : Struktur dwipolar dan MOS.

5. Struktur epitaksi juga digunakan bagi memperbaiki prestasi DRAM dan IC CMOS. • Dram dan IC CMOS boleh difabrikasi atas wafer pukal, tetapi ada sesetengah parameter dapat dioptimumkan dengan menggunakan bahan epitaksi. • Wafer dengan lapisan terdapat dua kebaikan utama jika dibandingkan dengan wafer pukal. • Lapisan epitaksi (satu atau lebih) diatas substrak, biasanya mempunyai satu atau lebih lapisan tertanam (buried layer) , ini dapat mengawal profil pendop dalam struktur peranti. • Sifat-sifat fizikal lapisan epitaksi secara umum adalah berbeza dari wafer pukal. • Cthnya lapisan epitaksi bebas dari O dan C.

6. Terdapat 3 kaedah utama penumbuhan lapisan epitaksi. • Epitaksi fasa-cecair ( Liquid-phase epitaxy ) • Epitaksi fasa-wap ( Vapour-phase epitaxy ) • Epitaksi alur moleku ( Molecular beam epitaxy )

7. Epitaksi fasa-cecair • Hablur sk. Boleh ditumbuhkan daripada larutan cecair pada suhu dibawah suhu takat lebur bahan tersebut. • Campuran bahan sk dengan eleman kedua akan melebur pada suhu yang lebih rendah daripada suhu bahan sk tersebut. • Cthnya : Takat lebur GaAs adalah 1238oC, dimana campuran GaAs dgn logam Ga mempunyai takat lebur yang lebih rendah (bergantung pada kadaran campuran). • Leburan Ga + GaAs akan diletakan diatas substrak, suhu leburan ini sangat rendah dimana substrak tidak akan melebur

8. Jika larutan ini disejukan perlahan2 lapisan hablur tunggal GaAs akan tumbuh di atas substrak. • Dengan GaAs tumbuh di atas “parent crystal” dan meninggalkan larutan, larutan akan menjadi kaya dengan Ga dan meyebabkan takat lebur larutan menjadi rendah • Penyejukkan yang berterusan akan menyebabkan lebih banyak GaAs meninggalkan larutan dan hablur epitaksi akan terus tumbuh. • Melalui teknik ini hablur-tunggal dapat ditumbuhkan pada suhu yang lebih rendah. • Ini dapat mengurangkan bendasing yang terdapat dalam kaedah pertumbuhan hablur pada suhu lebur.

9. Terdapat beberapa cara untuk menempatkan larutan ke atas substrak. • Salah satunya ialah kaedah menggunakan gelangsar grafit dan mengerakanya ke dalam poket yang mengandungi larutan. • Selepas pertumbuhan permukaan epitaksi akan dilap semasa gelangsar bergerak ke poket lain.

10. Rajah : Pertumbuhan lapisan epitaksi AlGaAs dan GaAs di atas substrak GaAs.

11. Eptaksi fasa-wap • Lapisan hablur semikonduktor boleh juga ditumbuhkan di atas substrak daripada wap kimia bahan semikonduktor arau campuran wap kimia yang mengandungi bahan semikonduktor. • Secara umum, lapisan epitaksi ditumbuhkan di atas substrak Si dengan mengawal pemendapan wap kimia yg mengandungi Si ke atas permukaan substrak Si. • Salah satu kaedah ialah gas silikon tetraklorida bertindakbalas dengan gas hidrogen untuk menghasilkan Si dan HCl 1250oC SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl

12. Dalam tindakbalas ini substrak akan dipanaskan , dan atom Si yang terhasil daripada tindakbalas akan termendap ke atas substrak sebagai lapisan epitaksi. • HCl akan tetap dalam bentuk gas pada suhu tindakbalas dan tidak akan menganggu pertumbuhan hablur. • Disebabkan tindakbalas kimia berlaku di dalam kebuk, maka kebuk ini dikenali sebagai kebuk tindakbalas atau rektor. • Bersama2 dengan gas SiCl4 dan H2 terdapat juga gas yang mengandungi pendop tertentu di salurkan ke dalam kebuk tindakbalas.

13. Rajah : Jenis-jenis rektor.

14. Selain itu pirolisis silane ( SiH4 ) boleh digunakan bagi menghasilkan lapisan epitaksi Si di atas substrak Si. • Pirolisis menyebabkan ikatan silane putus pada suhu tindakbalas. • Terdapat beberapa kelebihan teknik ini, termasuk pada suhu tindakbalas rendah mengurangkan perpindahan bendasing daripada substrak ke penumbuhan lapisan epitaksi. • Penumbuhan VPE ini juga penting dalam sebatian III-V spt. GaAs, GaP, dan juga aloi tertiari GaAsP yang diguanakan untuk fabrikasi LED. 1000oC SiH4 Si + 2H2

15. Rajah : Epitaksi fasa-wap

16. Epitaksi alur molekul • Di dalam kaedah ini substrak diletakkan dalam keadaan vakum tinggi, sementara alur molekul atau atom unsur2 mengena pada permukaan substrak. • Cthnya pertumbuhan lapisan AlGaAs di atas substrak GaAs. • Dimana komponen Al, Ga dan As serta unsur pendop dipanaskan di dalam sel silinder yang berasingan. • Alur yang dihasilkan dari unsur-unsur ini akan terbebas ke dalam vakum dan terus ke permukaan substrak.

17. Kadar alur atom mengena pada permukaan substrak boleh dikawal dan akan menghasilkan hablur yang berkualiti tinggi. • Dalam prosedur ini, suhu substrak adalah rendah ( ~ 600oC bagi GaAs )

18. Rajah : Pertumbuhan hablur kaedah Epitaksi alur molekul.

19. Rajah : Peralatan MBE.