Estrutura epitaxial Formação dos cristais e dopagem

O desenvolvimento da tecnologia de semicondutores está baseado na síntese de camadas finas de filmes superpostos, sistema de mesa epitaxial, utilizado desde a invenção dos transístores.

Formação de filmes semicondutores

Os materiais artificialmente formados em camadas podem ser aumentados em estrutura micro arquitetônica com grande precisão e flexibilidade de desenho epitaxial artificialmente estruturado.

Com as estruturas ficando cada vez mais miniaturizadas, estão sendo usados novos métodos para a formação de novos micro-circuitos e eletrônica de alta velocidade e freqüência.

 

Estrutura epitaxial

Os sistemas de formação de estrutura epitaxial recentemente desenvolvidos, as novas técnicas de miniaturização e as medições micro-eletromecânicas por feixes quânticos em nanoescala, estão permitindo que os componentes eletrônicos atualmente já trabalhem em freqüências na ordem de Terahertz.

A técnica de crescimento superficial cristalino epitaxial que está sendo usada e desenvolvida atualmente chama-se “processo de difusão por vaporização química metal orgânica (Metal Organic Chemical Vapor Deposition -MOCVD)”.

Esta técnica é capaz de criar filmes semicondutores superpostos com densidades e espessuras variáveis e controle de superfície com precisão atômica no monobloco do circuito integrado.

Formação dos cristais e dopagem

Os cristais são formados em ambiente de alto vácuo. Átomos neutros do elemento escolhido são disparados e acelerados contra a superfície em formação. São contados um a um nos filmes cristalinos e a monitoração é feita durante crescimento em espessura a nível atômico através da difração de feixes de elétrons, também disparados em varredura contra a superfície cristalina que está sendo formada em alto vácuo.

Após formar a espessura desejada, são inseridos gases na câmara de crescimento. Os gases reagem no substrato quente para formar o filme epitaxial cristalino de pureza absoluta.

Desta forma é aplicada a dopagem que convém ao projeto micro-arquitetônico.

Sobreposição de camadas

  

Este é um diagrama esquemático hipotético de um Circuito Integrado composto de um transístor NPN, um capacitor e um resistor, em cima está representada a Mesa Epitaxial onde o circuito foi formado, embaixo o diagrama esquemático.

As técnicas de crescimento cristalino por camadas abriram caminho para as famílias de semicondutores à base de arsenieto de gálio/ silício, onde um segundo material, pode ser acrescido suavemente e sem imperfeição sobre o filme epitaxial inicial.

O elemento acrescentado pode ser metálico, (ouro, prata, alumínio, etc), ou semicondutor (germânio por exemplo), ou isolante, permitindo desta forma uma formação de componentes em camadas tridimensionais e superposição de circuitos, coisa que até pouco tempo não era possível de se realizar.