Oblia epitaxial

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Figura 1 . Vistes en secció transversal dels tres modes principals de creixement de pel·lícula prima, incloent (a) Volmer–Weber (VW: formació d'illes), (b) Frank–van der Merwe (FM: capa per capa) i (c) Stranski–Krastanov (SK: capa-plus-illa). Cada mode es mostra per a diferents quantitats de cobertura de superfície, Θ.

Una oblia epitaxial [1] (també anomenada oblia epitaxial,[2] epi-oblia,[3] o epiwafer [4]) és una oblia de material semiconductor feta per creixement epitaxial (epitaxia) per al seu ús en fotònica, microelectrònica, espintrònica, o fotovoltaica. La capa epi pot ser el mateix material que el substrat, normalment silici monocristalí, o pot ser un diòxid de silici (SoI) o un material més exòtic amb qualitats desitjables específiques. El propòsit de l'epitaxia és perfeccionar l'estructura cristal·lina sobre el substrat nu a sota i millorar les característiques elèctriques de la superfície de l'oblia, fent-la adequada per a microprocessadors i dispositius de memòria altament complexos.[5]

Història[modifica]

Les oblies epi de silici es van desenvolupar per primera vegada al voltant de 1966 i van aconseguir l'acceptació comercial a principis dels anys vuitanta.[6] Els mètodes per fer créixer la capa epitaxial sobre silici monocristal·lí o altres oblies inclouen: diversos tipus de deposició de vapor químic (CVD) classificat com CVD a pressió atmosfèrica (APCVD) o deposició de vapor químic orgànic metàl·lic (MOCVD), així com epitaxia de feix molecular (MBE).[7] Dos mètodes "sense tall" (sense serrat abrasiu) per separar la capa epitaxial del substrat s'anomenen "implant-cleave" i "stress liftoff". Un mètode aplicable quan l'epicapa i el substrat són el mateix material utilitza la implantació d'ions per dipositar una fina capa d'àtoms d'impuresa de cristall i la tensió mecànica resultant a la profunditat precisa del gruix de la capa epi prevista. La tensió localitzada induïda proporciona un camí controlat per a la propagació de l'esquerda en el següent pas d'escissió.[8] En el procés d'aixecament de l'estrès sec aplicable quan la capa epi i el substrat són materials adequadament diferents, una esquerda controlada és impulsada per un canvi de temperatura a la interfície epi/oblia exclusivament per les tensions tèrmiques a causa del desajust en l'expansió tèrmica entre el capa epi i substrat, sense la necessitat de cap força mecànica externa o eina per ajudar a la propagació de les esquerdes. Es va informar que aquest procés produeix una escissió d'un pla atòmic únic, reduint la necessitat d'un poliment posterior a l'aixecament i permetent múltiples reutilitzacions del substrat fins a 10 vegades.[9]

Tipus[modifica]

Les capes epitaxials poden consistir en compostos amb característiques particulars desitjables, com ara nitrur de gal·li (GaN), arsenur de gal·li (GaAs) o alguna combinació dels elements gal·li, indi, alumini, nitrogen, fòsfor o arsènic.[10]

Aplicacions[modifica]

Les cèl·lules solars o cèl·lules fotovoltaiques (PV) per produir energia elèctrica a partir de la llum solar es poden cultivar com a oblies epi gruixudes en una oblia de "llavor" de silici monocristal·lí mitjançant deposició química de vapor (CVD), i després es poden separar com a oblies autosuficients d'algun gruix estàndard. (per exemple, 250 μm) que es poden manipular a mà i substituir directament les cèl·lules d'oblies tallades a partir de lingots de silici monocristal·lí. Les cèl·lules solars fetes amb aquesta tècnica poden tenir eficiències que s'aproximen a les de les cèl·lules tallades en oblia, però a un cost apreciablement més baix si el CVD es pot fer a pressió atmosfèrica en un procés en línia d'alt rendiment. El setembre de 2015, l'Institut Fraunhofer de Sistemes d'Energia Solar (Fraunhofer ISE) va anunciar l'assoliment d'una eficiència superior al 20% per a aquestes cèl·lules.

Referències[modifica]

  1. ↑ Swinger, Patricia. Building on the Past, Ready for the Future: A Fiftieth Anniversary Celebration of MEMC Electronic Materials, Inc.. The Donning Company, 2009. Swinger, pp. 20, 21, 40, 47.
  2. ↑ Claeys, Cor L. High Purity Silicon 9, Issue 4. The Electrochemical Society, 2006, p. 162. ISBN 9781566775045. 
  3. ↑ Hua, Y. N. Identification of Silicon Crystalline Defects on Epi-Wafer in Wafer Fabrication. Chartered Semiconductor Mfg. Ltd., 2001.
  4. ↑ Szweda, R. Diode Laser Materials & Devices – A Worldwide Market & Technology Overview to 2005. Elsevier, 2001. p. x.
  5. ↑ «Epitaxy | ASM» (en anglès americà). www.asm.com. [Consulta: 26 abril 2023].
  6. ↑ Swinger, Patricia. Building on the Past, Ready for the Future: A Fiftieth Anniversary Celebration of MEMC Electronic Materials, Inc.. The Donning Company, 2009. Swinger, pp. 20–22.
  7. ↑ III-V Integrated Circuit Fabrication Technology: Fabrication, Integration and Applications (en anglès). CRC Press, 2016, p. 97–136. ISBN 9789814669313. 
  8. ↑ Henley, Francois J., "Method of cleaving a thin sapphire layer from a bulk material by implanting a plurality of particles and performing a controlled cleaving process", US 9336989, publicada 10 May 2016
  9. ↑ Farah, John; Nicholson, John; Thirunavukkarasu, Sekar; Wasmer, Kilian 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference, 2014, pàg. 1796–1801. DOI: 10.1109/PVSC.2014.6925271.
  10. ↑ III-V Integrated Circuit Fabrication Technology: Fabrication, Integration and Applications. CRC Press, 2016. ISBN 9789814669313. 
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Oblia_epitaxial&oldid=33040532»