Indium fosfit (InP) önemli bir III-V bileşiktiryarı iletken altyapıOptik iletişim, fotonik entegre devreler, yüksek hızlı elektronik, kızılötesi algılama, lazerler, fotodetektorlar ve gelişmiş algılama sistemlerinde kullanılır.Ticari InP substratları çeşitli elektrik yapılandırmalarında mevcuttur., yarı yalıtım malzemesi ve kasıtlı olarak dopedilen N-tip veya P-tip vafeleri de dahil olmak üzere.çinko doplu ve yarı yalıtımlı InP substratları.

Mühendisler ve satın alma ekipleri için doğru InP levhasını seçmek sadece çap ve kristal yöneliminin seçilmesi değil.direnci, elektrik yalıtımı, temas tasarımı, epitaksiyal uyumluluk ve nihayetinde cihaz mimarisi.

Bu kılavuz Fe-doped yarı yalıtımlı InP, S-doped N-tip InP, Sn-doped N-tip InP ve Zn-doped P-tip InP'yi karşılaştırır.Her malzemenin yarı iletken ve fotonik uygulamalar için nasıl seçileceğine özel dikkatle.

InP neden doping yapılıyor?

Saf yarı iletken kristalleri pratik üretimde nadiren ideal içsel malzemeler olarak davranır.Kasıtlı doping üreticilerin iletkenliği öngörülebilir bir şekilde kontrol etmelerine izin verir..

Bir InP substratı için, doping temel olarak üç farklı hedefe ulaşmak için kullanılabilir.

Birincisi, toplu levha üzerinden elektrik iletkenliğinin en aza indirgenmesi gereken yüksek dirençli bir yarı yalıtım substratı oluşturmaktır.

İkincisi, elektronların çoğunluk taşıyıcı olduğu N-tip iletken bir substrat oluşturmaktır.

Üçüncüsü, deliklerin çoğunluk taşıyıcı olduğu P tipi bir iletken substrat oluşturmaktır.

Bu nedenle Fe, S, Sn ve Zn sadece farklı kimyasal katkı maddelerini temsil etmezler.

InP Dopant Karşılaştırma

Gerçek taşıyıcı konsantrasyonu ve direnci her zaman tedarikçi spesifikasyonundan onaylanmalıdır, çünkü kristal büyüme yöntemi, dopant konsantrasyonu ve hedef vafra kalitesine göre değişir.

1Fe-doped yarı yalıtımlı

Fe-doped InP, geleneksel N-tip ve P-tip levhalardan temelde farklıdır.

Demir, normalde iletken bir yarı iletken üretmek için değil, yarı yalıtımlı InP oluşturmak için öncelikle tanıtılır.

Tipik InP kristallerinde, kalıntı sığ donör kirlilikleri malzemeyi elektrik iletebilir hale getirebilir.Fe, elektronları tuzağa düşürerek bu kalıntı bağışçıları telafi edebilen derin bir kabul edici seviye tanıtır.Karşılaştırma yeterli olduğunda, serbest taşıyıcıların konsantrasyonu çok düşük olur ve toplu malzeme yüksek elektrik direnci elde eder.Bu derin düzeyde tazminat mekanizması, geleneksel Fe-doped yarı yalıtımlı InP'nin temelidir..

Bu nedenle, Fe-doplu InP'yi normal bir N-tip veya P-tip substrat olarak değerlendirmek yerine telafi edilen yarı yalıtım malzemesi olarak tanımlamak daha doğrudur.

Neden yarı yalıtımlı InP kullanıyorsunuz?

Yarı yalıtımlı InP'nin en büyük avantajı elektrik yalıtımıdır.

Birçok yüksek frekanslı ve fotonik cihazda, substrat üzerinden akan istenmeyen akım parazit çiftleşmesini, cihaz sızmasını ve elektrik kaybını artırabilir.Yüksek dirençli bir substrat, aktif cihaz bölgelerini birbirinden izole etmeye yardımcı olur.

Bu, Fe-doplu yarı yalıtımlı InP'yi, substratın esas olarak mekanik destek sağladığı uygulamalar için çekici kılar.düşük dirençli bir akım yolu olarak hareket etmek yerine ızgara eşleştirme ve elektrikli izolasyon.

Tipik uygulamalar arasında yüksek frekanslı cihazlar, fotonik entegre devreler, dedektör yapıları ve güçlü substrat izolasyonu gerektiren diğer InP tabanlı cihazlar yer alabilir.

Fe konsantrasyonu serbest taşıyıcı konsantrasyonu ile aynı değildir

Önemli bir satın alma noktası, Fe konsantrasyonunun S-, Sn- veya Zn-doped malzemede taşıyıcı konsantrasyonu ile aynı şekilde yorumlanmamasıdır.

İletici levhalarda, taşıyıcı konsantrasyonu doğrudan substratın elektrik davranışını tanımlamaya yardımcı olur.

Fe-doplu yarı yalıtım levhalarında, kilit parametreler daha yaygın olarak dirençlilik, telafi davranışı ve elektrikli tekdüzeliktir.

Fe konsantrasyonu ve dirençlilik arasındaki ilişki ayrıca Fe aktivasyonuna ve kalıntı kirlilik konsantrasyonuna bağlıdır.Büyük çaplı Fe-doplu InP üzerinde yapılan çalışma, wafer boyunca tekdüze elektrik direncini elde etmek için Fe konsantrasyonunun ve etkinleşmesinin kontrolünün önemli olduğunu göstermiştir..

Fe-Doped InP'yi Ne Zaman Seçmelisiniz?

Bu durum, cihazın çok düşük toplu elektrik iletkenliğine sahip bir substrat gerektirdiğinde genellikle dikkate alınmalıdır.

Bu, cihaz tasarımcılarının substrat sızıntısını en aza indirmek veya komşu aktif yapıları elektrikle izole etmek istedikleri zaman özellikle önemlidir.

Bununla birlikte, alıcılar, daha sonraki epitaksiyel ve cihaz işleminin termal geçmişini de göz önünde bulundurmalıdır, çünkü Fe davranışı ve yeniden dağıtımı yüksek sıcaklıklı yapılarda önemli olabilir.

Bu nedenle, yarı yalıtımlı InP satın alma spesifikasyonunda sadece dopant değil aynı zamanda gerekli direnç ve ilgili malzeme kalite sınırları da tanımlanmalıdır.

2. S-doped N-tip InP

Kükürt doposu içeren InP, yaygın olarak bulunan N-tip InP substratıdır.

Fe'den farklı olarak sülfür, özgür elektronları kasıtlı olarak sağlamak için kullanılır.Bu elektronlar elektrik iletkenliğini arttırır ve substratın vafra üzerinden akım iletkenliğinin istendiği yapılar için uygun olmasını sağlar..

Ticari InP spesifikasyonları genellikle S-doped malzemeleri nispeten yüksek N tipi taşıyıcı konsantrasyon aralıklarına yerleştirir.Bir ticari InP özelliği yaklaşık 1018 cm-3 aralığında S-doped malzeme listeler, ancak tam değeri wafer tedarikçisine ve ürün sınıfına bağlıdır.

Neden S-Doped InP kullanıyorsunuz?

S-doped substratlar, düşük substrat direnci ve güçlü N-tip iletkenliği önemli olduğunda kullanışlıdır.

Bu, altyapının elektrik akımı yolunun bir parçasını oluşturduğu veya arka taraf N tipi elektrikli bir temas gerektirdiği cihaz yapılarında değerli olabilir.

S-doped InP bu nedenle genellikle iletken N-tip substratlarda yetiştirilen optoelektronik ve yarı iletken yapılarla ilişkilidir.

Sumitomo Electric tarafından yayınlanan InP tabanlı bir fotodetektor yapısının bir örneği, cihazın N tipi temeli olarak S-doped bir InP substratı kullanır.

S-doped InP ve yüksek taşıyıcı konsantrasyonu

Kükürtün çekici olmasının bir nedeni, nispeten yüksek elektron konsantrasyonları üretme yeteneğidir.

Daha yüksek taşıyıcı konsantrasyonu genellikle geri temaslar ve akım enjeksiyon cihazları için yararlı olabilecek direnci azaltır.

Bununla birlikte, daha yüksek doping otomatik olarak daha iyi değildir.

Aşırı taşıyıcı konsantrasyonu elektrik özelliklerini, optik emilimi, epitaksiyel tasarımı ve temas davranışını etkileyebilir.Dolayısıyla doğru değer, sadece en yüksek mevcut konsantrasyonu belirtmek yerine cihaz yapısına göre seçilmelidir..

3. Sn-doped N-tip InP

Alaşımlı InP, ticari açıdan önemli bir başka N-tip InP substratıdır.

Kükürt dopingi gibi, Sn dopingi elektron iletkenliği sağlar, ancak ticari Sn-doplu pliteler genellikle farklı taşıyıcı konsantrasyon pencerelerinde tedarik edilir.

Temsil edici bir ticari spesifikasyonda, üst 1017 cm−3 bölgesinden 1018 cm−3 aralığına kadar değişen taşıyıcı konsantrasyonları olan Sn-doped InP listelenmiştir.Aynı tedarikçiden S-doped malzeme yüksek 1018 cm-3 aralığına daha da uzanırkenBu değerler tedarikçiye özgüdür, ancak S ve Sn dopinginin mutlaka birbirini değiştirebilecek özellikler olmadığını gösterir.

Neden S yerine Sn'i seçtin?

Sn ve S arasındaki seçim normalde gerekli taşıyıcı konsantrasyonuna, dirençliliğe, epitaksiyal sürece ve cihaz mimarisine dayanmalıdır.

Sn-doped malzeme, mühendislerin N-tip iletken bir InP substratına ihtiyaç duyduğunda, ancak ağır S-doped malzemelerle normalde sunulanlardan farklı bir taşıyıcı konsantrasyon aralığı istediğinde cazip olabilir..

Kalaş, InP'de bir donör kirliliktir, bu da N-tip iletkenliğini desteklemesine izin verir.

Bu nedenle, tedarik açısından, S veya Sn'nin tercih edildiğini sormak yerine, gerekli taşıyıcı konsantrasyonunu veya direncini belirtmek daha iyidir.

Son dopant seçimi daha sonra cihazın elektrik gereksinimlerine eşleştirilebilir.

4. S-Doped vs Sn-Doped InP

Hem kükürt hem de teneke N tipi InP ürettikleri için, alıcılar bazen onları eşit olarak görürler.

Onlar otomatik olarak birbirini değiştirebilecek şekilde görülmemelidir.

Birçok proje için ilk soru şu olmalıdır:

Cihaz ne kadar elektron konsantrasyonu ve direnç gerektirir?

Nispeten yüksek N-tip taşıyıcı konsantrasyonu gerekirse, S-doped InP uygun bir seçenek olabilir.

Tasarım farklı veya daha ılımlı bir N-tip doping penceresi gerektiriyorsa, Sn-doped InP düşünülebilir.

Substrat tedarikçisi ayrıca planlanan epitaksyal süreçle uyumluluğu da onaylamalıdır.

Lazerler, fotodetektorlar ve fotonik entegre devreler gibi yüksek değerli cihazlar için,Substrat seçimi, ideal olarak, sadece wafer satın alma departmanı tarafından belirlenmek yerine, epitaksi tedarikçisiyle koordine edilmelidir..

5. Zn-doped P-type InP

Çinko, P tipi InP üretmek için kullanılan standart bir dopanttır.

İletişim bandı elektronlarının konsantrasyonunu artırmak yerine, Zn kabul edici davranış yaratır ve delik konsantrasyonunu arttırır.

Ticari özellikler genellikle yaklaşık olarak 1017 ila 1018 cm−3 taşıyıcı konsantrasyon aralığında Zn-doped InP sunar.Gerçek mevcut aralıkları, üreticiden ve levha sınıfından oldukça bağlı olsa da.

Neden P Tipi InP Substratları Kullanılır?

Altta yatan waferin P-tip yarı iletken yapısının bir parçası olması gereken cihaz tasarımlarında P-tip bir substrat gereklidir.

Bu, bağlantı kutupluğunun veya arka taraf temas konfigürasyonunun P tipi malzeme gerektirdiği özel fotonik, optoelektronik ve elektronik cihazlarda alakalı olabilir.

Zn, InP tabanlı yarı iletken sistemlerde yaygın olarak P tipi bir kirlilik olarak kabul edilir.

Isı İşlemeyi Düşünelim

Zn'in termal davranışı da önemlidir.

Zn, termal işleme koşullarında yeniden dağılabilir ve difüzyon davranışları yüksek sıcaklıklara maruz kalan yarı iletken yapılarında önemli olabilir.

Bitmiş bir substrat için, bu otomatik olarak bir sorun yaratmaz.Kabul edilebilir Zn konsantrasyonunu belirlerken tüm termal işlem dikkate alınmalıdır..

6Fe-Doped vs. N-Typ vs. P-Typ InP: Temel Fark

En önemli fark çok basit bir şekilde özetlenebilir.

Fe-doped yarı yalıtımlı InP, alt katman üzerinden elektrik iletkenliğini bastırmak istediğinizde seçilir.

S- veya Sn-doplu N-tipli InP, substratın elektronları iletmesini istediğinizde seçilir.

Zn-doplu P-tipli InP, substratın delik iletkenliği sağlaması gerektiğinde seçilir.

Bu ayrım, diğer wafer parametrelerinin sonlandırılmasından önce cihazın elektrik mimarisine göre belirlenmelidir.

Yanlış iletkenlik türünü seçmek, yüksek kaliteli bir wafer'i belirli bir cihaz işlemi için tamamen uygun hale getirir.

7Taşıyıcı konsantrasyonu ile direnç

Taşıyıcı konsantrasyonu ve direnci yakından ilişkilidir, ancak aynı özellikler olarak ele alınmamalıdır.

İletici N-tip ve P-tip levhalar için taşıyıcı konsantrasyonu genellikle en önemli elektrik satın alma parametrelerinden biridir.

Örneğin, bir alıcı şunları belirleyebilir:

Hedef elektron konsantrasyon aralığı ile N tipi S dopingli InP.

Ya da:

P tipi Zn-doped InP, açık bir delik konsantrasyon aralığı ile.

Bununla birlikte, yarı yalıtımlı InP için, daha alakalı spesifikasyon tipik olarak toplu dirençliliktir, çünkü amaç serbest taşıyıcı iletkenliğini bastırmaktır.

Bu nedenle, açık bir RFQ, her InP levhasına aynı spesifikasyon formatını uygulamak yerine malzeme türüne en iyi uyan elektrik parametrelerini kullanmalıdır.

8Dopant Seçimi ve Epitaxial Büyüme

Çoğu InP substratı nihai cihazda çıplak wafer olarak kullanılmamaktadır.

Bunun yerine, InGaAs, InGaAsP, InAlAs veya diğer ızgara eşleşmiş III-V malzemeleri gibi epitaksiyal yapılar için büyüme substratları olarak hizmet ederler.

Substrat doping, eksiksiz epitaksyal cihazın nasıl tasarlandığını etkileyebilir.

Örneğin, iletken N tipi substratlar, bazı cihaz yapılarında arka taraftaki elektrikli teması basitleştirebilir.yarı yalıtım altüstleri yan tarafa entegre cihazlar için elektrik yalıtımı sağlayabilirken.

Gerekli cihaz kutupluğu veya epitaksyal katman dizisi onları avantajlı hale getirdiğinde P tipi substratlar seçilebilir.

Bu nedenle, substrat dopingi, epitaksyal katman tasarımı ile birlikte belirlenmelidir.

9. Sadece dopant ile bir InP wafer seçmeyin

Doğru doping türü seçildikten sonra bile, birkaç ek wafer parametresi tanımlanmalıdır.

Üretim RFQ normalde çap, kalınlık, kristal yönelimi, iletkenlik türü, dopant, taşıyıcı konsantrasyonu veya direnci, yüzey durumu, cilalama konfigürasyonu, TTV,yaylanmak, warp, kusur gereksinimleri ve miktarı.

Ticari InP substratları birden fazla çapta mevcuttur ve mevcut tedarikçiler küçük araştırma levhalarından daha büyük üretim biçimlerine kadar ürünler sunmaktadır.Şu anda 2 inçten 6 inç'e kadar olan InP substrat çaplarını listeler ve kükürt sunar., teneke, çinko ve yarı yalıtım doping seçenekleri.

Büyük çaplı geliştirme özellikle önemlidir, çünkü wafer geometri, direnç birliği ve kristal kusur kontrolü, alt katman çapının arttığından daha zor hale gelir.

10Yüzey bitirme: SSP vs DSP

Elektriksel doping, substrat özelliklerinin sadece bir parçasıdır.

InP levhaları farklı yüzey koşulları ile de sağlanabilir.

SSP veya tek taraflı cilalanmış levhalar, birincil cilalanmış yüzeye sahiptir.

DSP veya iki taraflı cilalanmış levhalar, her iki yüzeyi de cilalanmıştır.

Epitaksiye hazır cilalanmış levhalar dikkatlice kontrol edilen bir yüzey hazırlığı gerektirir, çünkü substrat yüzey kalitesi sonraki epitaksiyel büyümeyi doğrudan etkiler.

Ticari InP tedarikçileri, paketlenmeden önce cilalanmış vafelerin kalitesini kontrol etmek için optik ve yüzey metroloji teknikleri kullanırlar.

Doğru cilalama konfigürasyonu, süreç akışına, denetim gereksinimlerine ve arka taraf optik veya litografik işleme gerekliliğine bağlıdır.

11Doğru InP Dopant Nasıl Seçilir?

Çoğu proje için, dopant seçimi substratın elektrik fonksiyonu ile yaklaşılabilir.

Substratın güçlü bir elektrik yalıtımı sağlaması gerekiyorsa, Fe-doplu yarı yalıtımlı InP genellikle mantıksal başlangıç noktasıdır.

Eğer substrat N tipi iletkenlik sağlamalısa, taşıyıcı konsantrasyonu, direnç ve epitaksyal gereksinimlere göre S-doped ve Sn-doped malzemeleri karşılaştırın.

Yapı P tipi bir substrat gerektiriyorsa, Zn-doped InP geleneksel seçimdir.

Daha sonra karar, wafer çapına, kristal yönelimine, yüzey finişine, mekanik toleranslara ve epitaksyal yapının gereksinimlerine göre rafine edilmelidir.

12Örnek InP Wafer RFQ Bilgisi

Teknik olarak tamamlanmış bir InP wafer soruşturması şöyle görünebilir:

Malzeme: İndyum Fosfür
Çap: 2 "", 3 "", 4 " veya gerekli çap
Yönlendirme: (100) veya belirtilen yönelim
Iletkenlik: Yarım yalıtım / N tipi / P tipi
Dopant: Fe / S / Sn / Zn
Taşıyıcı konsantrasyonu: İletici levhalar için gerekli aralık
Direnç: Yarım yalıtım levhaları için gerekli değer
Kalınlık: Gerekli nominal değer ve tolerans
Yüzey: SSP / DSP / Epi hazır
TTV / Bow / Warp: Gerekli limitler
Mülkiyet: Wafer sayısı
Uygulama: Lazer / dedektör / PIC / RF / araştırma / diğer cihaz

Uygulama sağlanması, tedarikçinin dopant seviyesi, wafer geometri ve aşağıda işleme arasındaki potansiyel çatışmaları belirlemesini sağladığı için özellikle yararlıdır.

13. Genel Seçim Hataları

Yaygın bir hata, iletkenlik türünü tanımlamadan sadece bir "InP wafer" istemek.

Bir diğeri ise, sülfür veya teneke dopinginin kabul edilebilir olup olmadığını belirtmeden sadece N-tipi belirlemektir.

Yarı yalıtımlı levhalar için, gerekli elektrik direncini tanımlamadan sadece "Fe-doped" istemek de belirsizliklere yol açabilir.

Benzer şekilde, istenen delik konsantrasyonunu tanımlamadan Zn-doped malzemenin belirlenmesi, elektrik özelliklerinde çok fazla değişiklik bırakabilir.

Bu nedenle en güvenli satın alma yaklaşımı, önce cihaz gereksinimlerini ve sonra dopant kimyasını tanımlamaktır.

Sonuçlar

Fe, kükürt, teneke ve çinko, InP substratlarına temelde farklı elektrik özellikleri verir.

Fe-doped InP, yüksek dirençli yarı yalıtım altyapısı oluşturmak için derin seviyede telafi kullanır ve elektrik yalıtımının önemli olduğu cihazlar için uygundur.

S-doped InP, N-tip iletkenlik sağlar ve genellikle nispeten yüksek elektron konsantrasyonu ve iletken bir substrat gerektiğinde seçilir.

Sn-doped InP ayrıca N-tip iletkenlik sağlar ve kontrol edilen elektron iletkenliği gerektiren cihaz yapıları için başka bir taşıyıcı konsantrasyon penceresi sunar.

Zn-doplu InP, P-tip iletkenlik yaratır ve cihaz mimarisinin delik iletken bir substrat gerektirdiğinde kullanılır.

Bu nedenle evrensel olarak "en iyi" InP dopantı yoktur.

Doğru substrat, gerekli elektrik fonksiyonuna, taşıyıcı konsantrasyonuna veya dirençliliğine, epitaksyal yapısına, termal sürece ve cihaz mimarisine göre belirlenir.

Alımlar için en güvenilir yaklaşım, iletkenlik türünü, dopantı, taşıyıcı konsantrasyonunu veya direncini, kristal yönelimini, çapını, kalınlığını ve cilalama durumunu birlikte belirtmektir.Bu, seçilen InP substratının hem epitaksyal süreç hem de nihai yarı iletken cihazla uyumlu olmasını sağlar..