সেমিকন্ডাক্টর অংশ – SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট ভিত্তি

মেটাল-অর্গানিক কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (MOCVD) যন্ত্রপাতিতে একক স্ফটিক সাবস্ট্রেটকে ধারণ ও উত্তপ্ত করার জন্য সাধারণত SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেস ব্যবহার করা হয়। SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেসের তাপীয় স্থিতিশীলতা, তাপীয় সমরূপতা এবং অন্যান্য কার্যক্ষমতার পরামিতিগুলো এপিটেক্সিয়াল পদার্থের বৃদ্ধির গুণমানের ক্ষেত্রে একটি নির্ণায়ক ভূমিকা পালন করে, তাই এটি MOCVD যন্ত্রপাতির মূল প্রধান উপাদান।

ওয়েফার উৎপাদন প্রক্রিয়ায়, ডিভাইস তৈরির সুবিধার্থে কিছু ওয়েফার সাবস্ট্রেটের উপর এপিট্যাক্সিয়াল স্তর নির্মাণ করা হয়। সাধারণ LED আলো-নিঃসরণকারী ডিভাইসগুলোর জন্য সিলিকন সাবস্ট্রেটের উপর GaAs-এর এপিট্যাক্সিয়াল স্তর প্রস্তুত করতে হয়; উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ কারেন্ট এবং অন্যান্য পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য SBD, MOSFET ইত্যাদির মতো ডিভাইস তৈরির উদ্দেশ্যে পরিবাহী SiC সাবস্ট্রেটের উপর SiC এপিট্যাক্সিয়াল স্তর তৈরি করা হয়; যোগাযোগের মতো RF অ্যাপ্লিকেশনের জন্য HEMT এবং অন্যান্য ডিভাইস তৈরির উদ্দেশ্যে অর্ধ-অন্তরক SiC সাবস্ট্রেটের উপর GaN এপিট্যাক্সিয়াল স্তর নির্মাণ করা হয়। এই প্রক্রিয়াটি CVD সরঞ্জাম থেকে অবিচ্ছেদ্য।

CVD যন্ত্রপাতিতে, এপিথেক্সিয়াল ডিপোজিশনের জন্য সাবস্ট্রেটকে সরাসরি ধাতুর উপর বা কেবল একটি ভিত্তির উপর রাখা যায় না, কারণ এর সাথে গ্যাসের প্রবাহ (অনুভূমিক, উল্লম্ব), তাপমাত্রা, চাপ, স্থিরকরণ, দূষক পদার্থের নির্গমন এবং অন্যান্য প্রভাবক বিষয় জড়িত থাকে। তাই, একটি ভিত্তির প্রয়োজন হয়, এবং তারপর সাবস্ট্রেটটিকে ডিস্কের উপর স্থাপন করা হয়, এবং এরপর CVD প্রযুক্তি ব্যবহার করে সাবস্ট্রেটের উপর এপিথেক্সিয়াল ডিপোজিশন সম্পন্ন করা হয়, এবং এই ভিত্তিটি হলো SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেস (যা ট্রে নামেও পরিচিত)।

মেটাল-অর্গানিক কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (MOCVD) যন্ত্রপাতিতে একক স্ফটিক সাবস্ট্রেটকে ধারণ ও উত্তপ্ত করার জন্য সাধারণত SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেস ব্যবহার করা হয়। SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেসের তাপীয় স্থিতিশীলতা, তাপীয় সমরূপতা এবং অন্যান্য কার্যক্ষমতার পরামিতিগুলো এপিটেক্সিয়াল পদার্থের বৃদ্ধির গুণমানের ক্ষেত্রে একটি নির্ণায়ক ভূমিকা পালন করে, তাই এটি MOCVD যন্ত্রপাতির মূল প্রধান উপাদান।

নীল এলইডি-তে GaN ফিল্মের এপিটেক্সিয়াল গ্রোথের জন্য মেটাল-অর্গানিক কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (MOCVD) হলো প্রধান প্রযুক্তি। এর সুবিধাগুলো হলো সহজ কার্যপ্রণালী, নিয়ন্ত্রণযোগ্য গ্রোথ রেট এবং GaN ফিল্মের উচ্চ বিশুদ্ধতা। MOCVD যন্ত্রের রিঅ্যাকশন চেম্বারের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হিসেবে, GaN ফিল্মের এপিটেক্সিয়াল গ্রোথের জন্য ব্যবহৃত বেয়ারিং বেসটির উচ্চ তাপমাত্রা সহনশীলতা, সুষম তাপ পরিবাহিতা, ভালো রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, শক্তিশালী থার্মাল শক রেজিস্ট্যান্স ইত্যাদির মতো সুবিধা থাকা প্রয়োজন। গ্রাফাইট উপাদান উপরোক্ত শর্তগুলো পূরণ করতে পারে।

MOCVD যন্ত্রপাতির অন্যতম প্রধান উপাদান হিসেবে গ্রাফাইট বেস হলো সাবস্ট্রেটের বাহক এবং উত্তাপক অংশ, যা ফিল্ম উপাদানের সমরূপতা ও বিশুদ্ধতা সরাসরি নির্ধারণ করে। তাই এর গুণমান এপিটেক্সিয়াল শিট তৈরির প্রক্রিয়াকে সরাসরি প্রভাবিত করে এবং একই সাথে, ব্যবহারের সংখ্যা বৃদ্ধি ও কাজের পরিবেশের পরিবর্তনের সাথে সাথে এটি খুব সহজে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, যা একটি ব্যবহার্য সামগ্রী।

যদিও গ্রাফাইটের চমৎকার তাপ পরিবাহিতা এবং স্থিতিশীলতা রয়েছে এবং এটি MOCVD যন্ত্রপাতির ভিত্তি উপাদান হিসেবে বেশ সুবিধাজনক, কিন্তু উৎপাদন প্রক্রিয়ায় ক্ষয়কারী গ্যাস এবং ধাতব জৈব পদার্থের অবশিষ্টাংশের কারণে গ্রাফাইট পাউডার ক্ষয় করে ফেলে, এবং এর ফলে গ্রাফাইট বেসের কার্যকাল ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়। একই সাথে, ঝরে পড়া গ্রাফাইট পাউডার চিপকে দূষিত করে।

কোটিং প্রযুক্তির আবির্ভাব পৃষ্ঠতলে পাউডার স্থিরকরণ, তাপ পরিবাহিতা বৃদ্ধি এবং তাপের সুষম বন্টন নিশ্চিত করতে পারে, যা এই সমস্যা সমাধানের প্রধান প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। MOCVD সরঞ্জাম ব্যবহারের পরিবেশে, গ্রাফাইট বেসের পৃষ্ঠতলের কোটিং-এর নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্যগুলো থাকা উচিত:

(1) গ্রাফাইট বেসটি সম্পূর্ণরূপে আবৃত করা যেতে পারে এবং এর ঘনত্ব ভালো, অন্যথায় ক্ষয়কারী গ্যাসে গ্রাফাইট বেসটি সহজেই ক্ষয়প্রাপ্ত হয়।

(2) গ্রাফাইট বেসের সাথে সংমিশ্রণ শক্তি বেশি হওয়ায় একাধিক উচ্চ তাপমাত্রা এবং নিম্ন তাপমাত্রার চক্রের পরেও আবরণটি সহজে খসে পড়ে না।

(3) উচ্চ তাপমাত্রা এবং ক্ষয়কারী পরিবেশে আবরণের ব্যর্থতা এড়াতে এর ভাল রাসায়নিক স্থিতিশীলতা রয়েছে।

SiC-এর ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং উচ্চ রাসায়নিক স্থিতিশীলতার মতো সুবিধা রয়েছে এবং এটি GaN এপিটেক্সিয়াল পরিবেশে ভালোভাবে কাজ করতে পারে। এছাড়াও, SiC-এর তাপীয় প্রসারণ সহগ গ্রাফাইটের থেকে খুব সামান্যই আলাদা, তাই গ্রাফাইট-ভিত্তিক পৃষ্ঠ আবরণের জন্য SiC একটি পছন্দের উপাদান।

বর্তমানে, প্রচলিত SiC প্রধানত 3C, 4H এবং 6H ধরনের হয়ে থাকে এবং বিভিন্ন ক্রিস্টাল ধরনের SiC-এর ব্যবহারও ভিন্ন ভিন্ন। উদাহরণস্বরূপ, 4H-SiC দিয়ে উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ডিভাইস তৈরি করা যায়; 6H-SiC সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং এটি দিয়ে আলোক-বৈদ্যুতিক ডিভাইস তৈরি করা যায়; GaN-এর সাথে এর কাঠামোগত সাদৃশ্যের কারণে, 3C-SiC ব্যবহার করে GaN এপিটেক্সিয়াল স্তর তৈরি করা যায় এবং SiC-GaN RF ডিভাইস নির্মাণ করা যায়। 3C-SiC সাধারণত β-SiC নামেও পরিচিত, এবং β-SiC-এর একটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহার হলো ফিল্ম এবং কোটিং উপাদান হিসেবে, তাই বর্তমানে কোটিং-এর জন্য β-SiC-ই প্রধান উপাদান।

সিলিকন কার্বাইড আবরণ তৈরির পদ্ধতি

বর্তমানে, SiC কোটিং তৈরির পদ্ধতিগুলোর মধ্যে প্রধানত জেল-সোল পদ্ধতি, এমবেডিং পদ্ধতি, ব্রাশ কোটিং পদ্ধতি, প্লাজমা স্প্রেয়িং পদ্ধতি, রাসায়নিক গ্যাস বিক্রিয়া পদ্ধতি (CVR) এবং রাসায়নিক বাষ্প জমা পদ্ধতি (CVD) অন্তর্ভুক্ত।

এমবেডিং পদ্ধতি:

এই পদ্ধতিটি এক প্রকার উচ্চ-তাপমাত্রার সলিড ফেজ সিন্টারিং, যেখানে প্রধানত এমবেডিং পাউডার হিসেবে Si পাউডার এবং C পাউডারের মিশ্রণ ব্যবহার করা হয়। গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সকে এমবেডিং পাউডারের মধ্যে স্থাপন করা হয় এবং নিষ্ক্রিয় গ্যাসের উপস্থিতিতে উচ্চ-তাপমাত্রার সিন্টারিং সম্পন্ন করা হয়, যার ফলে অবশেষে গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের পৃষ্ঠে SiC কোটিং পাওয়া যায়। প্রক্রিয়াটি সহজ এবং কোটিং ও সাবস্ট্রেটের মধ্যে সংযোগ ভালো, কিন্তু পুরুত্বের দিক বরাবর কোটিংয়ের একরূপতা দুর্বল, যার ফলে সহজেই আরও বেশি ছিদ্র তৈরি হয় এবং জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা কমে যায়।

ব্রাশ লেপন পদ্ধতি:

ব্রাশ কোটিং পদ্ধতিতে মূলত গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের পৃষ্ঠে তরল কাঁচামাল ব্রাশ করা হয় এবং তারপর একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় কাঁচামালটিকে কিউরিং করে কোটিং প্রস্তুত করা হয়। প্রক্রিয়াটি সহজ এবং খরচ কম, কিন্তু ব্রাশ কোটিং পদ্ধতিতে প্রস্তুত কোটিং সাবস্ট্রেটের সাথে দুর্বলভাবে সংযুক্ত হয়, কোটিংয়ের একরূপতা কম থাকে, কোটিং পাতলা হয় এবং জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা কম থাকে, তাই এটিকে সহায়তা করার জন্য অন্যান্য পদ্ধতির প্রয়োজন হয়।

প্লাজমা স্প্রে করার পদ্ধতি:

প্লাজমা স্প্রেয়িং পদ্ধতিতে মূলত একটি প্লাজমা গানের সাহায্যে গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের পৃষ্ঠে গলিত বা আধা-গলিত কাঁচামাল স্প্রে করা হয়, যা পরে জমাট বেঁধে একটি আবরণ তৈরি করে। এই পদ্ধতিটি পরিচালনা করা সহজ এবং এর মাধ্যমে তুলনামূলকভাবে ঘন সিলিকন কার্বাইড আবরণ তৈরি করা যায়, কিন্তু এই পদ্ধতিতে তৈরি সিলিকন কার্বাইড আবরণ প্রায়শই খুব দুর্বল হয় এবং এর ফলে জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা কমে যায়, তাই আবরণের মান উন্নত করার জন্য এটি সাধারণত SiC কম্পোজিট আবরণ তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।

জেল-সোল পদ্ধতি:

জেল-সোল পদ্ধতির মূল কথা হলো, ম্যাট্রিক্সের পৃষ্ঠকে আবৃত করে একটি সুষম ও স্বচ্ছ সোল দ্রবণ প্রস্তুত করা, যা শুকিয়ে জেলে পরিণত হয় এবং তারপর সিন্টারিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি আবরণ তৈরি হয়। এই পদ্ধতিটি পরিচালনা করা সহজ এবং ব্যয়বহুল, কিন্তু এর ফলে প্রাপ্ত আবরণের কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যেমন তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা কম এবং সহজে ফাটল ধরে, তাই এটি ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা যায় না।

রাসায়নিক গ্যাস বিক্রিয়া (CVR) :

CVR প্রধানত Si এবং SiO2 পাউডার ব্যবহার করে উচ্চ তাপমাত্রায় SiO বাষ্প তৈরি করার মাধ্যমে SiC কোটিং উৎপাদন করে, এবং এর ফলে কার্বন উপাদানের সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে ধারাবাহিক রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে। এই পদ্ধতিতে প্রস্তুত SiC কোটিং সাবস্ট্রেটের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত থাকে, কিন্তু এর বিক্রিয়ার তাপমাত্রা এবং খরচ উভয়ই বেশি।

রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) :

বর্তমানে, সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে SiC কোটিং তৈরির প্রধান প্রযুক্তি হলো CVD। এর প্রধান প্রক্রিয়াটি হলো সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে গ্যাসীয় বিক্রিয়ক পদার্থের ধারাবাহিক ভৌত ও রাসায়নিক বিক্রিয়া, এবং অবশেষে সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে অধঃক্ষেপণের মাধ্যমে SiC কোটিং তৈরি করা হয়। CVD প্রযুক্তিতে তৈরি SiC কোটিং সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত থাকে, যা সাবস্ট্রেট উপাদানের জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাকে কার্যকরভাবে উন্নত করতে পারে, কিন্তু এই পদ্ধতিতে অধঃক্ষেপণের সময় বেশি লাগে এবং বিক্রিয়া গ্যাসে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ বিষাক্ত গ্যাস থাকে।

SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেসের বাজার পরিস্থিতি

বিদেশি নির্মাতারা আগে শুরু করায় তারা সুস্পষ্টভাবে এগিয়ে ছিল এবং তাদের বাজার অংশীদারিত্বও ছিল অনেক বেশি। আন্তর্জাতিকভাবে, SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেসের প্রধান সরবরাহকারী হলো ডাচ জাইকার্ড (Xycard), জার্মান এসজিএল কার্বন (SGL), জাপানি টয়ো কার্বন (Toyo Carbon), মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের এমইএমসি (MEMC) এবং অন্যান্য সংস্থা, যারা মূলত আন্তর্জাতিক বাজার দখল করে আছে। যদিও চীন গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের পৃষ্ঠে SiC প্রলেপের সুষম বৃদ্ধির মূল প্রযুক্তিতে সাফল্য অর্জন করেছে, তবুও উচ্চ-মানের গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের জন্য এখনও জার্মান এসজিএল, জাপানি টয়ো কার্বন এবং অন্যান্য প্রতিষ্ঠানের উপর নির্ভর করতে হয়। দেশীয় প্রতিষ্ঠানগুলোর সরবরাহ করা গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের তাপ পরিবাহিতা, স্থিতিস্থাপক গুণাঙ্ক, অনমনীয় গুণাঙ্ক, ল্যাটিস ত্রুটি এবং অন্যান্য গুণগত সমস্যার কারণে এর কার্যকাল ক্ষতিগ্রস্ত হয়। এমওসিভিডি (MOCVD) সরঞ্জামগুলো SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেস ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না।

চীনের সেমিকন্ডাক্টর শিল্প দ্রুত বিকাশ লাভ করছে। MOCVD এপিটেক্সিয়াল যন্ত্রপাতির স্থানীয়করণের হার ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি এবং অন্যান্য প্রক্রিয়া প্রয়োগের প্রসারের সাথে সাথে, ভবিষ্যতে SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট-ভিত্তিক পণ্যের বাজার দ্রুত বৃদ্ধি পাবে বলে আশা করা হচ্ছে। শিল্পের প্রাথমিক অনুমান অনুসারে, আগামী কয়েক বছরের মধ্যে দেশীয় গ্রাফাইট-ভিত্তিক পণ্যের বাজার ৫০০ মিলিয়ন ইউয়ান ছাড়িয়ে যাবে।

SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেস হলো যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর শিল্পায়ন সরঞ্জামের মূল উপাদান। এর উৎপাদন ও তৈরির মূল প্রযুক্তি আয়ত্ত করা এবং সমগ্র কাঁচামাল-প্রক্রিয়া-সরঞ্জাম শিল্প শৃঙ্খলের স্থানীয়করণ বাস্তবায়ন করা চীনের সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের উন্নয়ন নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত কৌশলগত তাৎপর্যপূর্ণ। দেশীয় SiC প্রলেপযুক্ত গ্রাফাইট বেসের ক্ষেত্রটি দ্রুত প্রসারিত হচ্ছে এবং এর পণ্যের গুণমান শীঘ্রই আন্তর্জাতিক উন্নত পর্যায়ে পৌঁছাতে পারে।