Dimanta pusvadītāju industrializācijas izaicinājums

Pašlaik dimanta pusvadītāji atrodas kritiskā posmā, pārejot no pētniecības un izstrādes uz praktisku pielietojumu. Lai gan tie ir sasnieguši noteiktus pielietojuma rezultātus tādās jomās kā siltumvadoši substrāti un starojuma detektori, tie joprojām saskaras ar daudzām problēmām.

 

Materiāla izaugsme ir galvenais izaicinājums dimanta pusvadītāju industrializācijai. Pašreizējās populārās 12 collu silīcija vafeles ir sasniegušas liela mēroga -mēroga lietojumus, kas var ievērojami samazināt mikroshēmu vienības izmaksas, savukārt dimanta monokristāla substrātu izmērs ir daudz mazāks par 8 collām, tieši ierobežojot mikroshēmu integrāciju un ražošanu. Mazie substrāti ne tikai neatbilst liela-blīvuma izkārtojuma prasībām liela mēroga integrālajām shēmām, bet arī palielina aprīkojuma nolietojumu, izejvielu patēriņu un citas dalītās izmaksas, vājinot cenu konkurētspēju.

 

Sastrēgums ir arī sagatavošanas tehnoloģijā. Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD) ir galvenā metode, taču augšanas ātrums ir tikai daži mikrometri līdz desmitiem mikrometru stundā, kas ir grūti atbilst pusvadītāju nozares efektīvajām ražošanas vajadzībām. Tam nepieciešama arī precīza vairāku parametru kontrole, un aprīkojuma un ekspluatācijas izmaksas ir augstas. Lai gan ar augstas temperatūras un augstspiediena metodi (HTHP) var iegūt dimantu, tas var radīt piemaisījumus un defektus, un to nevar tieši izmantot pusvadītājos. Tomēr ar CVD metodi sagatavotā dimanta kristāla kvalitāte un viendabīgums joprojām ir jāuzlabo.

 

Runājot par dopinga tehnoloģiju, gan p-tips, gan n-veids ir dilemmas priekšā. P- tipa dopings galvenokārt balstās uz bora atomiem, bet bora jonizācijas enerģija ir pat 0,37 eV, kas apgrūtina pilnīgu jonizāciju istabas temperatūrā un rada ārkārtīgi zemu nesēja koncentrāciju. Ja koncentrācijas palielināšanai tiek izmantots smags dopings, palielinās režģa spriegums un virsmas defekti, pastiprinās elektronu caurumu rekombinācija, kā arī palielinās ierīces sprieguma un pretestības pagrieziens-.

Teorētiski n-tipa dopingā var izmantot fosfora atomus, taču to atomu rādiuss ir daudz lielāks nekā oglekļa atomiem, kas var izraisīt nopietnus režģa kropļojumus dopinga laikā. Šis izkropļojums ievērojami palielina nesēja izkliedes iespējamību, izraisot strauju mobilitātes samazināšanos. Pašlaik joprojām ir grūti iegūt augstas koncentrācijas un augstas{3}}kvalitātes n-tipa leģētu dimantu, kas ierobežo saistīto ierīču pielietojumu.

 

Tomēr daži eksperti prognozē, ka ir paredzams, ka 4-collu dimanta substrāti sasniegs masveida ražošanu nākamajos 3–5 gados, un paredzams, ka to lieliskās vadītspējas īpašības atrisinās globālo problēmu, kas saistīta ar efektīvu p veida ierīču trūkumu platjoslas joslas pusvadītājos.

 

Ierīču ražošanā tradicionālajiem pusvadītāju procesiem ir slikta saderība ar dimantu. Fotolitogrāfijas procesā dimanta virsmas īpašības ir īpašas, un parasto fotorezistu ir grūti vienmērīgi pielīmēt, kas var viegli izraisīt raksta kropļojumus un nevienmērīgas līnijas; Kodināšanas procesā dimantam ir ārkārtīgi spēcīga ķīmiskā stabilitāte, un lielākajai daļai tradicionālo kodinātāju ir vāja iedarbība, tāpēc ir grūti precīzi kontrolēt kodināšanas dziļumu un formu.

 

Dimanta īpaši cietās īpašības arī rada izaicinājumus apstrādei. Silīcija un silīcija karbīda pulēšanas spilventiņiem ir jāsasniedz atomu līdzenums (nelīdzenums RMS mazāks vai vienāds ar 0,1 nm), savukārt dimantam ir ārkārtīgi augsta cietība, un parastie slīpēšanas instrumenti ātri nolietojas. Pat ar dimanta slīpripām joprojām pastāv problēmas, piemēram, zema efektivitāte un viegli termiski bojājumi, kas apgrūtina virsmas kvalitātes prasību izpildi "substrāta līmenī".