La epitaxia es la capacidad general de hacer crecer cristales o depositar un material sobre sustrato, y se ha convertido en un proceso clave en el desarrollo de dispositivos que dependen de sustratos. Existen muchos tipos, cada uno de los cuales tiene sus propios campos de aplicación. El instituto de investigación CEA-Leti cubre una amplia gama de aplicaciones, incluido el trabajo reciente sobre epitaxia de nitruro, especialmente adaptado a transistores de potencia o de radiofrecuencia, así como a micro-LED.
Los investigadores trabajan con una variedad de materiales basados en silicio, germanio y estaño o en nitruros de galio, aluminio e indio. El problema para un especialista en epitaxia es hacer crecer un cristal sobre otro cristal minimizando la tensión de las capas y evitando la formación de defectos. Para habilitar dispositivos innovadores, los investigadores de CEA-Leti cultivan pilas complejas de diversos materiales para crear capas únicas o múltiples con espesores de hasta varios cientos de nanómetros.
En el caso de los nitruros, el objetivo es desarrollar transistores de potencia y de radiofrecuencia, así como micro-LED para diversos sectores, como la industria automovilística, las comunicaciones y las micropantallas. Uno de los desafíos en el campo de las micropantallas es hacer crecer tres píxeles (rojo, verde y azul) en el mismo sustrato con alta eficiencia cuántica. Recientemente, los investigadores consiguieron píxeles azules y verdes en el mismo sustrato. También lograron zonas activas homogéneas que emitían en el rango rojo gracias a un enfoque innovador de epitaxia que incorpora hasta un 45% de indio.
Mejora del rendimiento de los transistores N-MOS
La epitaxia puede ayudar a impulsar las aplicaciones con tecnología FDSOI en obleas de silicio de 300 mm. Para el éxito de esta tecnología es necesario la creación de una conducción eléctrica optimizada que reduce las corrientes de fuga. Para lograr un contacto eficiente, los investigadores tuvieron que comprender cómo espesar selectivamente las regiones de fuente y drenaje de los transistores N-MOS utilizando fósforo de silicio dopado in situ (Si:P) mediante epitaxia.
El uso de Si:P reduce la resistencia de la unión y mejora enormemente la intensidad de la corriente eléctrica. En 2023, CEA-Leti consiguió optimizar significativamente las propiedades del material Si:P mediante epitaxia y pudieron mejorar el rendimiento del transistor en un 50%. Actualmente, los investigadores están trabajando en el desarrollo de una nueva generación de epitaxia Si:P de baja temperatura en los laboratorios de investigación de CEA-Leti para incorporar aún más fósforo ionizado en las regiones de interés de origen y drenaje.
Además de trabajar en transistores N-MOS, los investigadores de CEA-Leti están innovando para mejorar el rendimiento de los transistores P-MOS. En lugar de utilizar Si:P, los investigadores están desarrollando un proceso de epitaxia que se basa en silicio-germanio dopado con boro (SiGe:B). Este enfoque garantizará que las generaciones futuras de procesos de epitaxia estén listas para satisfacer las necesidades de la tecnología FD-SOI de 10 nm.