የኤፒታክሲያል ንብርብሮች የሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎችን እንዴት ይረዳሉ?

የኤፒታክሲያል ዋፈር ስም አመጣጥ

በመጀመሪያ፣ አንድ ትንሽ ፅንሰ-ሀሳብ እናስተዋውቅ፡ የዋፈር ዝግጅት ሁለት ዋና ዋና አገናኞችን ያካትታል፡ የንጣፍ ዝግጅት እና የኤፒታክሲያል ሂደት። የንጣፍ ንጣፍ ከሴሚኮንዳክተር ነጠላ ክሪስታል ቁሳቁስ የተሰራ ዋፈር ነው። የንጣፍ ንጣፉ በቀጥታ ወደ ዋፈር ማምረቻ ሂደት ውስጥ በመግባት የሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎችን ለማምረት ይችላል፣ ወይም ደግሞ ኤፒታክሲያል ዋፈር ለማምረት በኤፒታክሲያል ሂደቶች ሊሰራ ይችላል። ኤፒታክሲ የሚያመለክተው በመቁረጥ፣ በመፍጨት፣ በማጥራት፣ ወዘተ በጥንቃቄ በተሰራ ነጠላ ክሪስታል ንጣፍ ላይ አዲስ የነጠላ ክሪስታል ንብርብር የማደግ ሂደትን ነው። አዲሱ ነጠላ ክሪስታል ከንጣፍ ንጣፉ ጋር ተመሳሳይ ቁሳቁስ ሊሆን ይችላል፣ ወይም የተለየ ቁሳቁስ (ሆሞጎኔዝ) ኤፒታክሲ ወይም ሄትሮኤፒታክሲ ሊሆን ይችላል። አዲሱ ነጠላ ክሪስታል ንብርብር እንደ የንዑስ ክፍል ክሪስታል ምዕራፍ ስለሚዘረጋና ስለሚያድግ፣ የኤፒታክሲያል ንብርብር ይባላል (ውፍረቱ ብዙውን ጊዜ ጥቂት ማይክሮን ነው፣ ሲሊከንን እንደ ምሳሌ እንውሰድ፡ የሲሊኮን ኤፒታክሲያል እድገት ትርጉም የተወሰነ የክሪስታል አቅጣጫ ባለው የሲሊኮን ነጠላ ክሪስታል ንጣፍ ላይ ነው። ጥሩ የላቲስ መዋቅር ታማኝነት እና የተለየ የመቋቋም ችሎታ እና ውፍረት ያለው የክሪስታል ንብርብር ከተመረተበት ተመሳሳይ የክሪስታል አቅጣጫ ጋር)፣ እና የኤፒታክሲያል ንብርብር ያለው ንጣፍ ኤፒታክሲያል ዋፈር ይባላል (ኤፒታክሲያል ዋፈር = ኤፒታክሲያል ንብርብር + ንጣፍ)። መሣሪያው በኤፒታክሲያል ንብርብር ላይ ሲሰራ፣ አዎንታዊ ኤፒታክሲ ይባላል። መሣሪያው በንዑስ ክፍል ላይ ከተሰራ፣ የተገላቢጦሽ ኤፒታክሲ ይባላል። በዚህ ጊዜ፣ የኤፒታክሲያል ንብርብር የድጋፍ ሚና ብቻ ይጫወታል።

የተወለወለ ዋፈር

የኤፒታክሲያል የእድገት ዘዴዎች

ሞለኪውላር ጨረር ኤፒታክሲ (MBE): እጅግ በጣም ከፍተኛ በሆነ የቫክዩም ሁኔታ ውስጥ የሚከናወን ሴሚኮንዳክተር ኤፒታክሲያል የእድገት ቴክኖሎጂ ነው። በዚህ ዘዴ የምንጭ ቁሱ በአቶሞች ወይም ሞለኪውሎች ጨረር መልክ ይተንና ከዚያም በክሪስታል ንጣፍ ላይ ይቀመጣል። MBE በአቶሚክ ደረጃ የተከማቸውን ቁሳቁስ ውፍረት በትክክል መቆጣጠር የሚችል በጣም ትክክለኛ እና ቁጥጥር የሚደረግበት ሴሚኮንዳክተር ቀጭን የፊልም እድገት ቴክኖሎጂ ነው።
የብረታ ብረት ኦርጋኒክ ሲቪዲ (MOCVD): በMOCVD ሂደት ውስጥ፣ አስፈላጊ የሆኑትን ንጥረ ነገሮች የያዙ ኦርጋኒክ ብረት እና ሃይድሮድ ጋዝ ኤን ጋዝ በተገቢው የሙቀት መጠን ወደ ንጣፉ ይቀርባሉ፣ አስፈላጊውን የሴሚኮንዳክተር ቁሳቁስ ለማመንጨት የኬሚካል ምላሽ ይደረግባቸዋል፣ እና በንጣፉ ላይ ይቀመጣሉ፣ የተቀሩት ውህዶች እና የምላሽ ምርቶች ደግሞ ይለቀቃሉ።
የእንፋሎት ምዕራፍ ኤፒታክሲ (VPE): የእንፋሎት ምዕራፍ ኤፒታክሲ በሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ምርት ውስጥ በተለምዶ ጥቅም ላይ የሚውል አስፈላጊ ቴክኖሎጂ ነው። መሠረታዊው መርህ የኤለመንቶችን ወይም ውህዶችን ትነት በአጓጓዥ ጋዝ ውስጥ ማጓጓዝ እና በኬሚካላዊ ግብረመልሶች አማካኝነት ክሪስታሎችን በንጥረ ነገር ላይ ማስቀመጥ ነው።

የኤፒታክሲ ሂደት ምን አይነት ችግሮችን ይፈታል?

የተለያዩ የሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎችን የማምረት እያደገ የመጣውን የጅምላ ነጠላ ክሪስታል ቁሳቁሶች ብቻ ማሟላት አይችሉም። ስለዚህ፣ ቀጭን ሽፋን ያለው ነጠላ ክሪስታል ቁሳቁስ እድገት ቴክኖሎጂ የሆነው ኤፒታክሲያል እድገት በ1959 መጨረሻ ላይ ተዘጋጅቷል። ታዲያ ኤፒታክሲያል ቴክኖሎጂ ለቁሳቁሶች እድገት ምን ልዩ አስተዋጽኦ አለው?

ለሲሊኮን፣ የሲሊኮን ኤፒታክሲያል እድገት ቴክኖሎጂ ሲጀመር፣ የሲሊኮን ከፍተኛ ድግግሞሽ እና ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ትራንዚስተሮች ለማምረት በእርግጥ አስቸጋሪ ጊዜ ነበር። ከትራንዚስተር መርሆዎች አንፃር፣ ከፍተኛ ድግግሞሽ እና ከፍተኛ ኃይል ለማግኘት፣ የሰብሳቢው አካባቢ የመበላሸት ቮልቴጅ ከፍተኛ መሆን እና የተከታታይ መቋቋም አነስተኛ መሆን አለበት፣ ማለትም የሙሌት ቮልቴጅ ጠብታ ትንሽ መሆን አለበት። የመጀመሪያው በመሰብሰቢያው አካባቢ ያለው የቁስ መቋቋም ከፍተኛ መሆን አለበት፣ የኋለኛው ደግሞ በመሰብሰቢያው አካባቢ ያለው የቁስ መቋቋም ዝቅተኛ መሆን እንዳለበት ይጠይቃል። ሁለቱ ግዛቶች እርስ በእርስ ይቃረናሉ። በሰብሳቢው አካባቢ ያለው የቁስ ውፍረት ተከታታይ መቋቋምን ለመቀነስ ከተቀነሰ፣ የሲሊኮን ዋፈር ለማቀነባበር በጣም ቀጭን እና በቀላሉ የሚሰበር ይሆናል። የቁሱ መቋቋም ከቀነሰ፣ የመጀመሪያውን መስፈርት ይቃረናል። ሆኖም፣ የኤፒታክሲያል ቴክኖሎጂ ልማት ስኬታማ ሆኗል። ይህንን ችግር ፈቷል።

መፍትሄ፡- እጅግ በጣም ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም ባለው ንጣፍ ላይ ከፍተኛ የመቋቋም አቅም ያለው ኤፒታክሲያል ንብርብር ያሳድጉ እና መሳሪያውን በኤፒታክሲያል ንብርብር ላይ ያድርጉት። ይህ ከፍተኛ የመቋቋም አቅም ያለው ኤፒታክሲያል ንብርብር ቱቦው ከፍተኛ የመበላሸት ቮልቴጅ እንዳለው ያረጋግጣል፣ ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም ያለው ደግሞ የንጣፉን የመቋቋም አቅም ይቀንሳል፣ በዚህም የሙሌት ቮልቴጅ ጠብታ ይቀንሳል፣ በዚህም በሁለቱ መካከል ያለውን ተቃርኖ ይፈታል።

በተጨማሪም፣ እንደ የእንፋሎት ፋዝ ኤፒታክሲ እና የGaAs እና ሌሎች III-V፣ II-VI እና ሌሎች ሞለኪውላዊ ውህድ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ያሉ የኤፒታክሲ ቴክኖሎጂዎችም በከፍተኛ ሁኔታ የተገነቡ ሲሆን ለአብዛኛዎቹ የማይክሮዌቭ መሳሪያዎች፣ የኦፕቶኤሌክትሮኒክ መሳሪያዎች እና የኃይል መሰረት ሆነዋል። በተለይም በቀጭን ንብርብሮች፣ ሱፐርላቲስ፣ ኳንተም ጉድጓዶች፣ የተጣሩ ሱፐርላቲስ እና የአቶሚክ ደረጃ ቀጭን-ንብርብር ኤፒታክሲ ውስጥ የሞለኪውላር ጨረር እና የብረት ኦርጋኒክ የእንፋሎት ፋዝ ኤፒታክሲ ቴክኖሎጂን በተሳካ ሁኔታ ለመተግበር የማይፈለግ የሂደት ቴክኖሎጂ ነው፣ ይህም በሴሚኮንዳክተር ምርምር ውስጥ አዲስ እርምጃ ነው። በሜዳው ውስጥ "የኢነርጂ ቀበቶ ምህንድስና" እድገት ጠንካራ መሠረት ጥሏል።

በተግባራዊ አተገባበር፣ ሰፊ ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ሁልጊዜ ማለት ይቻላል በኤፒታክሲያል ንብርብር ላይ የሚመረቱ ሲሆን የሲሊኮን ካርቦይድ ዋፈር ራሱ እንደ ንጣፍ ብቻ ያገለግላል። ስለዚህ፣ የኤፒታክሲያል ንብርብር ቁጥጥር የሰፋ ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ አስፈላጊ አካል ነው።

በኤፒታክሲ ቴክኖሎጂ ውስጥ 7 ዋና ዋና ክህሎቶች

1. ከፍተኛ (ዝቅተኛ) የመቋቋም ችሎታ ያላቸው የኤፒታክሲያል ንብርብሮች በዝቅተኛ (ከፍተኛ) የመቋቋም አቅም ባላቸው ንጣፎች ላይ በኤፒታክሲያል መንገድ ሊበቅሉ ይችላሉ።
2. የN (P) አይነት ኤፒታክሲያል ንብርብር በP (N) አይነት ንጣፉ ላይ በቀጥታ የፒኤን መጋጠሚያ ለመፍጠር በኤፒታክሲያል መንገድ ሊበቅል ይችላል። በአንድ ክሪስታል ንጣፉ ላይ የፒኤን መጋጠሚያ ለመስራት የስርጭት ዘዴን ሲጠቀሙ ምንም የካሳ ችግር የለም።
3. ከጭምብል ቴክኖሎጂ ጋር ተዳምሮ፣ የተመረጡ የኤፒታክሲያል እድገት በተለዩ ቦታዎች ይከናወናል፣ ይህም የተቀናጁ ወረዳዎችን እና ልዩ መዋቅሮች ያላቸውን መሳሪያዎች ለማምረት ሁኔታዎችን ይፈጥራል።
4. የዶፒንግ አይነት እና ክምችት በኤፒታክሲያል የእድገት ሂደት ወቅት እንደፍላጎቱ ሊለወጥ ይችላል። የትኩረት ለውጥ ድንገተኛ ለውጥ ወይም ቀርፋፋ ለውጥ ሊሆን ይችላል።
5. የተለያዩ፣ ባለብዙ ሽፋን ያላቸው፣ ባለብዙ ክፍል ውህዶችን እና እጅግ በጣም ቀጭን ንብርብሮችን በተለዋዋጭ ክፍሎች ሊያበቅል ይችላል።
6. የኤፒታክሲያል እድገት ከቁሱ መቅለጥ ነጥብ በታች በሆነ የሙቀት መጠን ሊከናወን ይችላል፣ የእድገት መጠኑ ቁጥጥር ሊደረግበት የሚችል ሲሆን የአቶሚክ ደረጃ ውፍረት ያለው የኤፒታክሲያል እድገትም ሊሳካ ይችላል።
7. እንደ GaN፣ የሶስተኛ ደረጃ እና የኳተርናሪ ውህዶች ነጠላ ክሪስታል ንብርብሮች፣ ወዘተ ያሉ ሊጎተቱ የማይችሉ ነጠላ ክሪስታል ቁሶችን ሊያበቅል ይችላል።