pertumbuhan epitaksi berasal dari perkataan greek epi - upon taxis - orderded

• 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 ).

– 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.

– 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 ).

Rajah : Struktur dwipolar dan MOS.

– 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.

• 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 )

• 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

– 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.

– 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.

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

• 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

SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 1250oC

– 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.

Rajah : Jenis-jenis rektor.

– 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.

SiH4 Si + 2H21000oC

Rajah : Epitaksi fasa-wap

• 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.

• 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 )

Rajah : Pertumbuhan hablur kaedah Epitaksi alur molekul.

Rajah : Peralatan MBE.