半導体基質とエピタキシーの違い

基質はデバイスの物理的基礎であり、エピタキシャル成長の実現可能性とコストを決定します{.
エピタキシャル層は機能的なコアであり、電気的および光学性能は、構造設計と正確なドーピング.を通じて最適化されています。
2つの2つのマッチング（格子、熱、電気）は、高パフォーマンスデバイスの鍵であり、半導体技術をより高い周波数、より高い電力、および低電力消費.に駆動します。

1.基板
定義と機能
物理的サポート：基板は半導体デバイスのキャリアであり、通常は丸いまたは正方形の単結晶薄いシート（シリコンウェーハなど）.
クリスタルテンプレート：エピタキシャル層の成長の原子配置のテンプレートを提供して、エピタキシャル層が基質結晶構造（均質なエピタキシー）または一致（異種エピタキシー）.と一致するようにします。
電気基盤：一部の基質は、デバイス伝導（シリコンベースの電力装置など）に直接関与するか、回路を分離するための絶縁体として機能します（サファイア基板など）.
2.主流の基質材料の比較

3.基板選択に関するコア考慮事項
格子マッチング：エピタキシャル層の欠陥を減らす（Gan/Sapphire Lattice Mismatch 13％、バッファ層が必要）.
一致する熱膨張係数：温度変化によって引き起こされる応力亀裂を避ける.
コストとプロセスの互換性：たとえば、シリコン基質が成熟したプロセスのために主流を支配します{.

2.エピタキシャル層

1.定義と目的
エピタキシャルの成長：化学的または物理的な方法によって基質表面に単結晶薄膜を堆積させ、原子配置は基質{.と厳密に整合しています
コアロール：
材料の純度を改善する（基板には不純物が含まれる場合があります）.
不均一な構造（GAAS/algaas Quantum Wellsなど）.
基質欠陥（SIC基質のマイクロパイプ欠陥など）.
2.エピタキシャル技術の分類

3.エピタキシャル層設計の重要なパラメーター
厚さ：数ナノメートル（量子井戸）から数十ミクロン（パワーデバイスエピタキシャル層）.まで
ドーピング：リン（n型）やホウ素（p-type）.などの不純物をドーピングすることにより、キャリア濃度を正確に制御します。
インターフェイスの品質：格子の不一致は、バッファレイヤー（GAN/ALNなど）または緊張した超格子.によって緩和する必要があります。
4.ヘテロエピタキシャル成長格子の不一致の課題と解決策：
段階的バッファー層：組成を徐々に基質層からエピタキシャル層（アルガン勾配層など）.に変更します
低温核生成層：低温で薄い層を増やしてストレスを軽減する（Ganの低温Aln核生成層など）.
サーマルミスマッチ：材料の組み合わせを同様の熱膨張係数を選択するか、柔軟なインターフェイス設計{.を使用します

3.基質とエピタキシーの共同アプリケーションケース
ケース1：GANベースのLED基板：Sapphire（低コスト、断熱）.
エピタキシャル構造：
バッファレイヤー（ALNまたは低温GAN）→格子不一致の欠陥を減らす.
nタイプのgan層→電子.を提供する
Ingan/Gan複数の量子井戸→発光層.
p-type ganレイヤー→穴を提供.
結果：欠陥密度は10μcm⁻²の低く、発光効率が大幅に改善されます.

ケース2：SIC Power Mosfet
基質：4H-SIC単結晶（10 kVまでの電圧に耐える）.
エピタキシャル層：
n型SICドリフト層（厚さ10-100μm）→耐性高電圧.
PタイプSICベース領域→制御チャネル形成.
利点：シリコンデバイスよりも90％低い抵抗、5倍高速のスイッチング速度.
ケース3：シリコンベースのGAN RFデバイス基板：高耐性シリコン（低コスト、イージー統合）.

てんかん：Aln Nucleation Layer→SiとGanの間の格子の不一致を軽減する（16％）.
GANバッファレイヤー→欠陥をキャプチャし、アクティブ層.に伸びるのを防ぎます
Algan/gan heterojunction→High Electron Mobilityチャネル（HEMT）.を形成する
アプリケーション：5Gベースステーションパワーアンプ、周波数は28 GHzを超える.を超えることができます