Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

щение энергетических затрат при одновременном высоком качестве создаваемых приборных композиций.

При создании структур кремния на диэлектрике путем прямого соединения пластин рассмотренные выше проблемы дефектообразования решаются существенно проще, чем в случае многослойных композиций с /- -переходами для приборов силовой электроники. Обусловлено это, как минимум, двумя причинами. Слой двуокиси кремния обладает свойствами вязкого течения, поэтому релаксация упругих напряжений в таких гетерокомпозициях, как правило, не приводит к пластической деформации и генерации дислокаций в рабочем кремниевом слое. Кроме того, за счет диффузии кислорода из соединяемых кремниевых пластин в окисный слой в процессе высокотемпературного отжига, вблизи границ раздела в пластинах возникают достаточно протяженные, обедненные кислородом области, что исключает возможность образования в них кислородсодержащих преципитатов, обусловленных распадом пересыщенного твердого раствора кислорода.

Наличие на границах соединений (и в прилегающих к ним областях) пластин тех или иных дефектов может оказывать существенное влияние на электрофизические свойства многослойных композиций и рабочие характеристики создаваемых на их основе дискретных приборов и ин-тегральньЕх схем. С присутствием на границах соединения пластин тонких окисных слоев связано появление дополнительньгх потенциальных барьеров, существенно влияющих на характер прохождения тока в создаваемых р-п-структурах. Возможные загрязнения поверхности соединения пластин электрически активными примесями являются причиной пояатения в многослойных композициях паразитных /7-л-переходов, а также ловушек для носителей заряда. Дисперсные кислородсодержащие преципитаты в значительной мере определяют генерационно-рекомбина-ционные характеристики высокоомных рабочих слоев в силовьгх приборах и приводят, например, к возрастанию величин остаточных токов в полевых транзисторах. С наличием в области границ раздела дислокаций связано существенное увеличение токов утечки в биполярных транзисторах. Такого рода примеры можно было бы продолжить, но уже и так ясно, что успех в широкомасштабном внедрении многослойных структур, создаваемых методом прямого соединения пластин, в кремниевую микроэлектронику и силовую технику напрямую связан с их качеством.

Показателем достигнутого к настоящему времени высокого качества приборных структур, созданных методом прямого соединения, является

ТО что ведущие мировые производители приборов силовой электроники и прежде всего, мощных полевых транзисторов, тиристоров, биполярных транзисторов с изолированным затвором (JGBT-приборов), сделали ставку на использование в качестве базовой именно технологии прямого соединения пластин. При этом речь идет о широком использовании в промышленном производстве исходных кремниевых пластин диаметром 200 мм. Аналогичная ситуация складывается и в производстве низковольтных и маломощных высокочастотных УСБИС на основе структур кремния на диэлектрике. Подтверждением этому является то, что по имеющимся прогнозам в 2000 г. предполагалось поставить на мировой рынок около 2 млн штук структур кремния на диэлектрике диаметром 200 мм (этой цифрой оценивалась реальная потребность в таких структурах). При этом 80 % от этого количества планировалось произвести методом прямого соединения пластин.

Очень большой интерес к кремниевым структурам, создаваемым этим методом, проявляет и современная сенсорная техника. Уже сегодня с использованием метода прямого соединения пластин создаются прецизионные датчики давления, способные работать до температуры 350 °С, микромеханические датчики и ряд других уникальных приборов.

Технология прямого соединения пластин открывает реальные возможности и для создания сложных приборных структур с участием других полупроводниковых материалов, в том числе на основе гетерокомпози-ций, получение которых эпитаксиальными методами сталкивается с принципиальными затруднениями. Работы в этом направлении пока не получили широкого развития. Тем не менее, имеются сообщения об успешном использовании метода прямого соединения для получения гетероструктур GaAs/Si и InP/Si с низкой плотностью дислокаций в тонком слое полупроводникового соединения. Такие структуры были затем использованы в качестве подложек для создания более сложных гетерокомпозиций на основе соединений АВ. Другим примером удачного использования метода является создание монолитной композиции, компонентами которой являлись гетероструктура AlGaAs/InGaAs/GaAs, полученная методом молекулярно-пучковой эпитаксии, и окисленная кремниевая пластина. Положительный результат был получен и при соединении кремниевых пластин с пластинами из синтетического кварца, а также при создании структур кремния на сапфире и алмазе. Даже эти первые результаты являются весьма впечатляющими и свидетельствуют о необходимости продолжения исследований в этом многообещающем направлении.



Выращивание эпитаксиальных структур Общие проблемы

С каждым годом процессы эпитаксиального наращивания в сочетании с ионной имплантацией и импулы:ным радиационным воздействием на материал играют все большую роль в формировании активных элементов сложнейших приборных структур. Особенно рельефно это проявляется в технологии широкой номенклатуры приборов, создаваемых на основе полупроводниковых соединений АВ , АВ , АВ и др. В применении к полупроводниковым соединениям именно эпитак-сиальные процессы позволяют наиболее полно реализовать преимущества этих материалов, обеспечивая получение монокристаллических слоев со свойствами, которые, как правило, недостижимы при выращивании монокристаллов из расплава. Кроме того, в процессах эпитаксиального наращивания сравнительно просто решаются проблемы создания высококачественных многослойных гомо- и гетероэпитаксиальных структур разнообразной геометрии и состава.

Учитывая тенденции развития современной электронной техники, можно достаточно надежно прогнозировать, что в ближайшем будущем все большее значение будут приобретать многослойные гомо- и гетеро-эпитаксиальные композиции с постоянно уменьшающимися толщинами отдельных слоев, с резкими р- -переходами и межфазными границами, с заданным (в ряде случаев достаточно сложным) профилем легирования. Например, в современных ультрасверхбольших интегральных схемах (УСБИС) размеры рабочих элементов давно уже вышли на субмикронный уровень, а толщины активных слоев в современных оптоэлек-тронных приборах (например, в лазерных структурах с квантовыми ямами) уменьшились до нанометровых значений. В этих условиях основной тенденцией в развитии технологии эпитаксиального наращивания должно стать дальнейшее существенное снижение рабочих температур и повышение стерильности осуществления ростового процесса.

Жидкофазовая эпитаксия сохранит, по-видимому, в ближайшем будущем свои позиции в технологии создания высокоэффективных дискретных и матричных оптоэлектронных приборов, а также при получении хорошо проводящих сильно легированных контактных слоев. Однако основную роль в создании современных приборных структур будут играть процессы эпитаксиального наращивания при кристаллизации из газовой фазы. Еще более широкое развитие должны получить методы газофазовой эпитаксии при пониженном давлении в рабочем

еакторе с применением в качестве исходных продуктов легкодиссоци-ируюших соединений соответствующих элементов: SiH4, Si2Hg, SiHjClj, gjj р g случае эпитаксии кремния; разнообразных гидридов и ме-таллоорганических соединений - в случае эпитаксиального наращивания слоев полупроводниковых соединений AB, а В , аВ* и др. На уровень широкого промышленного использования должны выйти методы молекулярно-ионно-пучковой эпитаксии, вакуумной химической и лазерной эпитаксии, атомно-слоевой эпитаксии, а также различные способы нетермической (оптической, плазменной, электронной и т. д.) стимуляции эпитаксиальных процессов.

Основное внимание в развитии этих технологий должно быть уделено изучению механизмов процессов, протекающих в газовой фазе у фронта кристаллизации, а также процессов, протекающих на ростовой поверхности. Необходимо также установить природу стимулирующих воздействий на процесс эпитаксиального роста и научиться управлять атомной структурой поверхности фронта кристаллизации. Все это должно обеспечить возможность воспроизводимого выращивания многослойных тонкопленочных структур широкого круга материалов с толщинами отдельных слоев на нанометровом уровне, с атомно гладкими и резкими (на уровне единичных моноатомных или мономолекулярных слоев) границами раздела. При этом максимального внимания заслуживают многослойные гетероэпитаксиальные композиции на основе твердых растворов Ge-Si, широкозонных нитридов элементов 1П группы, SiC и широкозонных соединений типа аВ.

Большое значение приобретает проблема получения гетероэпитаксиальных композиций разнообразных полупроводников с использованием в качестве подложек таких хорошо освоенных и сравнительно дешевых материалов, как монокристаллические кремний и германий. Особенно актуальна эта проблема для технологически сложньгх разлагающихся полупроводниковых соединений, для которых получение достаточно совершенных монокристаллов путем выращивания из расплава встречает принципиальные затруднения. Ее решение открывает путь к монолитной интеграции разнородных полупроводниковых материалов, что является новым шагом в развитии полупроводникового приборостроения. Однако при этом необходимо преодолеть ряд принципиальных трудностей в создании структурно совершенных гетерокомпозиций, обусловленных, прежде всего, существенными различиями в кристаллических решетках и физико-химической природе составляющих гетеропару материалов. Дальнейшее развитие таких гибких низкотемпературньгх технологических про-



квантоворазмерными структурами являются гетероструктуры с квантовыми ямами и напряженные сверхрешетки. Несмотря на недостаточную изученность, такого рода структуры уже активно и весьма успешно используются в электронном приборостроении. Достаточно упомянугь низкопороговые инжекционные лазеры на основе гетероструктур с квантовыми ямами, высокочувствительные быстродействующие фотоприемники на напряженных сверхрешетках, СВЧ резонансно-туннельные диоды и транзисторы, СВЧ транзисторы на структурах с двумерным электронным газом в квантовой яме и т.д.

В последние годы ведутся работы по получению и исследованию свойств одномерных ( квантовые нити ) и нульмерных ( квантовые точки ) квантоворазмерных структур. Последние представляют особый интерес для электроники будущего. Для получения таких композиций успешно используется явление самоорганизации при формировании островков в процессе эпитаксиального выращивания рассогласованных по периоду решетки гетероструктур [21]. Положительные результаты дает применение оригинальных методов коллоидной химии [22], профилирование на атомном уровне рельефа ростовой поверхности, умелое использование явления расслаивания многокомпонентных твердых растворов непосредственно в процессе выращивания эпитаксиального слоя, прецизионное травление, прямое осаждение из газовой фазы свободных кластеров на соответствующую подложку, быстрый термический или фотонный отжиг тонких аморфных пленок, а также использование тонких биотехнологических процессов [23].

В данном случае речь идет о создании огромных (10-... 10 атомов), стабильных во времени молекул из обычных неорганических полупроводниковых материалов, размеры и характер распределения которых в будущей приборной структуре должны воспроизводиться с высокой точностью. Возникающие при этом принципиальные сложности вряд ли нуждаются в дополнительных комментариях. Однако успешное решение такого рода проблем - это прямой путь к созданию новых классов так называемых одноэлектронных и резонансно-туннельных приборов, а также уникальных по своим характеристикам инжекционных лазеров [24, 25].

В настоящее время еще трудно оценить все те перспективы, которые открывает перед полупроводниковой электроникой широкое использование квантоворазмерных структур. Несомненно одно - исследования в этой области закладывают основы принципиально нового подхода к созданию уникальных полупроводниковых сред с регулируемыми в широких пределах зонной структурой и энергетическим спектром носителей

цессов, как молекулярно-пучковая эпитаксия и эпитаксия с применением металлоорганических соединений, разработка и реализация принципов атомно-слоевой эпитаксии, умелое использование идеологии наращивания промежуточных буферных слоев в сочетании с различными вариантами термического отжига т situ , активное использование различных вариантов локального эпитаксиального роста несомненно должны обеспечить серьезный прогресс в этом направлении. Современные достижения в получении эпитаксиальных слоев GaAs, GaAlAs, InP и других соединений аВ на кремниевых подложках, создание напряженных сверх-рещеток на основе разнообразных комбинаций широкого круга полупроводниковых материалов являются ярким тому подтверждением.

Вполне реальными для широкого практического освоения в ближайшем будущем являются процессы получения высококачественных монокристаллических слоев кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов на изолирующих (в том числе некристаллических) подложках большой площади, а также процессы эпитаксиального выращивания многослойных гетерокомпозиций типа металл-диэлектрик-полупроводник. В последнем случае, помимо традиционньгх эпитаксиальных технологий, целесообразно использовать интенсивно разрабатываемые в последние годы процессы создания скрытых проводящих и диэлектрических слоев, путем высокодозовой ионной имплантации ( ионного синтеза ) и последующего термического отжига. Успешная реализация последних требует детального исследования закономерностей дефектообразования и механизма протекающих процессов на различных этапах ионного синтеза и последующей твердотельной эпитаксии. Пока такого рода исследования проводятся в основном в применении к кремнию. На очереди другие важнейшие полупроводниковые материалы.

Последние достижения в рассмотренных выше направлениях позволяют с оптимизмом оценивать перспективы создания трехмерных интегральных схем, при реализации которых будут умело сочетаться как традиционные для микроэлектроники подходы, так и последние технологические новинки интегральной оптики.

Успешное развитие методов молекулярно-пучковой эпитаксии и газофазной эпитаксии с использованием металлоорганических соединений привело к созданию, на основе широкого круга полупроводниковых материалов, многослойных гетероэпитаксиальных структур со сверхтонкими (на нанометровом уровне) слоями. Основные свойства таких структур определяются квантоворазмерными эффектами, и потому эти структуры получили название квантоворазмерные . Хорошо известными



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка