エピタキシャルトランジスタとは？

エピタキシャルトランジスタは、多くの最新の半導体デバイスの先駆けです。 標準的なトランジスタは、直接融合された3つの半導体材料を使用します。 エピタキシャルトランジスタは標準のトランジスタによく似ていますが、トランジスタセクション間に堆積された純粋な非帯電半導体材料の非常に薄いフィルム層があり、互いに絶縁されています。 これにより、デバイスの速度とパフォーマンスが大幅に向上します。

標準的なトランジスタは、シリコンなどの半導体材料の3つの部分で構成されています。 これらの部品のシリコンは、電荷を与える添加剤とブレンドされています。 業界標準であるNPNタイプのトランジスタの場合、2つは負に帯電し、3つ目は正に帯電します。

トランジスタを作成するために、3つのシリコン片を互いに融合し、正に帯電した片を2つの負に帯電した片の間に挟みます。 これらの断片が互いに融合すると、電子の交換が発生し、断片が出会う2つの場所で発生します。 負と正の電荷のバランスがとれるまで、接合部で電子交換が続きます。 電荷のバランスを取ると、これらの2つの領域には電荷がまったくなくなり、空乏領域と呼ばれます。

トランジスタの空乏領域は、スイッチングと呼ばれるデバイスの状態の変化速度や、ブレークダウンまたはアバランシェ電圧と呼ばれるデバイスの導通または故障電圧など、デバイスの動作特性の多くを決定します。 標準トランジスタで空乏領域を作成する方法は自然に発生するため、シリコンに最初に追加された電荷の強さを変更することを超えて、物理構造を改善または変更するために制御することはできません。 何年もの間、ゲルマニウム半導体はシリコントランジスタに比べて優れたスイッチング速度を備えていました。これは、ゲルマニウム半導体がより狭い空乏領域を自然に形成する傾向があったからです。

1951年、ハワード・クリステンセンとベル研究所のゴードン・ティールは、現在、エピタキシャル堆積と呼ばれる技術を作成しました。 この技術は、その名が示すように、非常に薄い材料の薄膜、または層を同一材料の基板上に堆積させる可能性があります。 1960年、ヘンリーシューラーは、シリコン半導体のエピタキシャル成長の使用を完成させるベルチームを率いました。

トランジスタ構造に対するこの新しいアプローチは、半導体デバイスを永久に変えました。 トランジスタの空乏領域を形成するためにシリコンの自然な傾向に頼る代わりに、この技術は空乏領域として機能する純粋な非帯電シリコンの非常に薄い層を追加できます。 このプロセスにより、設計者はシリコントランジスタの動作特性を正確に制御できるようになり、初めて、ゲルマニウムの対応製品よりもコスト効率の高いシリコントランジスタがすべての点で優れたものになりました。

エピタキシャル堆積プロセスが完成すると、ベルチームは最初のエピタキシャルトランジスタを作成し、同社は電話交換装置ですぐにサービスを開始し、システムの速度と信頼性の両方を改善しました。 エピタキシャルトランジスタの性能に感銘を受けたフェアチャイルドセミコンダクターズは、伝説的な2N914という独自のエピタキシャルトランジスタの開発を開始しました。 1961年にデバイスを市場にリリースし、広く使用され続けました。

フェアチャイルドのリリースに続いて、シルバニア、モトローラ、テキサスインスツルメンツなどの他の企業が独自のエピタキシャルトランジスタの研究を開始し、エレクトロニクスのシリコンエイジが誕生しました。 トランジスタ、およびシリコンデバイス全般の作成におけるエピタキシャル堆積の成功により、エンジニアはこの技術の他の用途を模索し、すぐに金属酸化物などの他の材料を使用するようになりました。 エピタキシャルトランジスタの直接の子孫は、考えられるほぼすべての高度な電子デバイスに存在します：フラットスクリーン、デジタルカメラCCD、携帯電話、集積回路、コンピュータープロセッサ、メモリチップ、太陽電池、その他すべての基盤を形成する無数のデバイス現代の技術システム。