এপিটেক্সিয়াল স্তর হলো একটি নির্দিষ্ট একক-স্ফটিক পাতলা ফিল্ম যা একটি এপিটেক্সিয়াল প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ওয়েফার সাবস্ট্রেটের উপর তৈরি করা হয়; সাবস্ট্রেট ওয়েফার এবং এপিটেক্সিয়াল ফিল্মকে সম্মিলিতভাবে এপিটেক্সিয়াল ওয়েফার বলা হয়। এগুলোর মধ্যে, একটি পরিবাহী সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের উপর সিলিকন কার্বাইড এপিটেক্সিয়াল স্তর তৈরি করলে একটি সমসত্ত্ব সিলিকন কার্বাইড এপিটেক্সিয়াল ওয়েফার উৎপন্ন হয়, যা থেকে পরবর্তীতে স্কটকি ডায়োড, মসফেট এবং আইজিবিটি-র মতো পাওয়ার ডিভাইস তৈরি করা যায়। সবচেয়ে বহুল ব্যবহৃত সাবস্ট্রেট হলো 4H-SiC সাবস্ট্রেট।
যেহেতু প্রায় সমস্ত ডিভাইস এপিথেক্সিয়াল স্তরের উপর নির্মিত হয়, তাই ডিভাইসের কার্যক্ষমতার উপর এপিথেক্সিয়াল স্তরের গুণমানের একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে। তবে, এপিথেক্সিয়াল স্তরের গুণমান ক্রিস্টাল এবং সাবস্ট্রেট প্রক্রিয়াকরণ দ্বারা প্রভাবিত হয়, যা এটিকে শিল্পে একটি গুরুত্বপূর্ণ সন্ধিক্ষণে স্থাপন করে এবং এর উন্নয়নে একটি মুখ্য ভূমিকা পালন করে।
সিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সিয়াল স্তর প্রস্তুত করার প্রধান পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে: ভেপার ডিপোজিশন; লিকুইড ফেজ এপিট্যাক্সি (LPE); মলিকিউলার বিম এপিট্যাক্সি (MBE); এবং কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (CVD)। এদের মধ্যে, 4H-SiC হোমোজেনাস এপিট্যাক্সির জন্য কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (CVD) সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত পদ্ধতি। 4H-SiC CVD এপিট্যাক্সিতে সাধারণত CVD সরঞ্জাম ব্যবহার করা হয়, যা উচ্চ গ্রোথ তাপমাত্রায় 4H-SiC ক্রিস্টাল কাঠামোর ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করে।
CVD যন্ত্রপাতিতে, এপিথেক্সিয়াল ডিপোজিশনের জন্য সাবস্ট্রেটকে সরাসরি কোনো ধাতব পৃষ্ঠে বা কেবল একটি ভিত্তির উপর রাখা যায় না, কারণ এতে গ্যাস প্রবাহের দিক (অনুভূমিক, উল্লম্ব), তাপমাত্রা, চাপ, স্থিরকরণ এবং ঝরে পড়া কণা থেকে দূষণের মতো বিভিন্ন প্রভাবক জড়িত থাকে। তাই, একটি সাপোর্ট বেস প্রয়োজন হয়; সাবস্ট্রেটটিকে একটি ট্রে-এর উপর রাখা হয় এবং তারপর CVD প্রযুক্তি ব্যবহার করে সাবস্ট্রেটটির উপর এপিথেক্সিয়াল ডিপোজিশন করা হয়। এই সাপোর্ট বেসটি হলো একটি SiC-লেपित গ্রাফাইট বেস।
একটি মূল উপাদান হিসেবে, গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তি ও নির্দিষ্ট মডুলাস রয়েছে, সেইসাথে এর ভালো তাপীয় অভিঘাত ও ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাও আছে। তবে, উৎপাদনের সময়, ক্ষয়কারী গ্যাস এবং অবশিষ্ট অর্গানোমেটালিক যৌগের কারণে গ্রাফাইট ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং এর গুঁড়ো ঝরে পড়ে, যা সাবস্ট্রেটের কার্যকাল উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়। একই সাথে, ঝরে পড়া গ্রাফাইটের গুঁড়ো চিপগুলোকে দূষিত করতে পারে। সিলিকন কার্বাইড এপিটেক্সিয়াল ওয়েফার উৎপাদনের ক্ষেত্রে, গ্রাফাইট উপাদানের জন্য ক্রমবর্ধমান কঠোর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা ক্রমশ কঠিন হয়ে পড়েছে, যা এর উন্নয়ন এবং ব্যবহারিক প্রয়োগকে মারাত্মকভাবে সীমিত করছে। ফলস্বরূপ,আবরণ প্রযুক্তিএকটি সমাধান হিসেবে আবির্ভূত হয়েছে।
সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে SiC আবরণের সুবিধাসমূহ
আবরণের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যকে অবশ্যই উচ্চ-তাপমাত্রা এবং ক্ষয়-প্রতিরোধের কঠোর শর্ত পূরণ করতে হবে, কারণ এগুলো পণ্যের উৎপাদন এবং আয়ুষ্কালকে সরাসরি প্রভাবিত করে। SiC উপাদানের উচ্চ শক্তি, উচ্চ কাঠিন্য, নিম্ন তাপীয় প্রসারণ সহগ এবং চমৎকার তাপ পরিবাহিতা রয়েছে, যা এটিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ উচ্চ-তাপমাত্রার কাঠামোগত এবং অর্ধপরিবাহী উপাদানে পরিণত করে। গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটে প্রয়োগ করা হলে এর সুবিধাগুলোর মধ্যে রয়েছে:
১) SiC ক্ষয়-প্রতিরোধী এবং গ্রাফাইট স্তরকে সম্পূর্ণরূপে আবৃত করতে পারে। এর উচ্চ ঘনত্ব ক্ষয়কারী গ্যাসের ক্ষতি প্রতিরোধ করে।
২) SiC-এর উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের সাথে শক্তিশালী বন্ধন শক্তি রয়েছে, যা বারবার উচ্চ-নিম্ন তাপমাত্রার চক্রের পরেও আবরণটিকে অক্ষত রাখে।
৩) SiC-এর চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতা রয়েছে, যা উচ্চ-তাপমাত্রার ও ক্ষয়কারী পরিবেশে আবরণের ব্যর্থতা প্রতিরোধ করে।
এছাড়াও, বিভিন্ন উপাদানে তৈরি এপিট্যাক্সিয়াল ফার্নেসের জন্য নির্দিষ্ট কার্যক্ষমতার বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন গ্রাফাইট ট্রে প্রয়োজন হয়। গ্রাফাইট উপাদানের তাপীয় প্রসারণ সহগ অবশ্যই এপিট্যাক্সিয়াল ফার্নেসের গ্রোথ তাপমাত্রার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, যেহেতু সিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সির গ্রোথ তাপমাত্রা বেশি, তাই এমন ট্রে প্রয়োজন হয় যেগুলোর তাপীয় প্রসারণ সহগ উচ্চ মাত্রায় মিলে যায়। SiC-এর তাপীয় প্রসারণ সহগ গ্রাফাইটের থেকে খুব সামান্যই আলাদা, যার ফলে এটি গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে কোটিং করার জন্য পছন্দের উপাদান।
SiC বিভিন্ন স্ফটিক রূপে বিদ্যমান থাকে, যার মধ্যে বর্তমানে সবচেয়ে প্রচলিত হলো 3C, 4H, এবং 6H প্রকার, এবং প্রত্যেকটির ভিন্ন ভিন্ন প্রয়োগ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, 4H-SiC উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ডিভাইস তৈরিতে ব্যবহৃত হয়; 6H-SiC সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং এটি অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইস তৈরিতে ব্যবহৃত হয়; এবং 3C-SiC, GaN-এর সাথে এর গাঠনিক সাদৃশ্যের কারণে, SiC-GaN RF ডিভাইস তৈরির জন্য GaN এপিটেক্সিয়াল স্তর উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়। 3C-SiC-কে সাধারণত β-SiC নামেও উল্লেখ করা হয়। β-SiC-এর একটি প্রধান প্রয়োগ হলো পাতলা-ফিল্ম এবং আবরণী উপাদান হিসেবে; ফলস্বরূপ, β-SiC বর্তমানে আবরণীর জন্য ব্যবহৃত প্রধান উপাদান।
সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনে একটি সাধারণ ব্যবহার্য উপাদান হিসেবে, SiC কোটিং প্রধানত সাবস্ট্রেট প্রস্তুতি, এপিট্যাক্সি, অক্সিডেশন ও ডিফিউশন, এচিং এবং আয়ন ইমপ্লান্টেশনের মতো প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যবহৃত হয়। কোটিং-এর ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যকে অবশ্যই উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধ এবং ক্ষয় প্রতিরোধের কঠোর শর্ত পূরণ করতে হয়, কারণ এগুলো পণ্যের উৎপাদন এবং আয়ুষ্কালকে সরাসরি প্রভাবিত করে। ফলস্বরূপ, SiC কোটিং-এর প্রস্তুতি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
সিলিকন কার্বাইড আবরণ প্রস্তুত করার প্রক্রিয়া
বর্তমানে, SiC কোটিং তৈরির প্রধান পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে সল-জেল পদ্ধতি, এমবেডিং পদ্ধতি, ব্রাশ কোটিং, প্লাজমা স্প্রেয়িং, কেমিক্যাল ভেপার রিঅ্যাকশন (CVR) এবং কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (CVD)।
এমবেডিং পদ্ধতি
এই পদ্ধতিটি এক প্রকার উচ্চ-তাপমাত্রার সলিড-স্টেট সিন্টারিং। এতে প্রধানত এমবেডিং পাউডার হিসেবে সিলিকন (Si) পাউডার এবং কার্বন (C) পাউডারের একটি মিশ্রণ ব্যবহার করা হয়। একটি গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটকে এমবেডিং পাউডারের মধ্যে রেখে একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাসের পরিবেশে উচ্চ তাপমাত্রায় সিন্টার করা হয়, যার ফলে অবশেষে গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে একটি SiC কোটিং তৈরি হয়। এই পদ্ধতির বৈশিষ্ট্য হলো এর সরল প্রক্রিয়া এবং কোটিং ও সাবস্ট্রেটের মধ্যে ভালো আসঞ্জন; তবে, কোটিংটির পুরুত্বের দিক বরাবর একরূপতা কম থাকে এবং এতে অসংখ্য ছিদ্র তৈরি হওয়ার প্রবণতা দেখা যায়, যার ফলে এর জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা দুর্বল হয়।
ব্রাশ লেপ পদ্ধতি
ব্রাশ কোটিং পদ্ধতিতে প্রধানত গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে তরল কাঁচামাল প্রয়োগ করা হয় এবং এরপর একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় উপাদানটিকে কিউরিং করে কোটিং তৈরি করা হয়। এই পদ্ধতিটি সহজ এবং সাশ্রয়ী; তবে, এর ফলে সৃষ্ট কোটিং সাবস্ট্রেটের সাথে দুর্বল আনুগত্য প্রদর্শন করে, এর একরূপতা কম হয় এবং এটি তুলনামূলকভাবে পাতলা ও এর জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা কম, যার জন্য সম্পূরক পদ্ধতির প্রয়োজন হয়।
প্লাজমা স্প্রে করার পদ্ধতি
প্লাজমা স্প্রেয়িং পদ্ধতিতে একটি প্লাজমা গান ব্যবহার করে গ্রাফাইট সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে গলিত বা অর্ধ-গলিত কাঁচামাল স্প্রে করা হয়, যা পরে কঠিন হয়ে বন্ধন তৈরি করে একটি আবরণ গঠন করে। এই পদ্ধতিটি পরিচালনা করা সহজ এবং এর মাধ্যমে তুলনামূলকভাবে ঘন সিলিকন কার্বাইড আবরণ তৈরি করা যায়; তবে, এর ফলে তৈরি হওয়া আবরণগুলো প্রায়শই খুব পাতলা হয়, যার ফলে এর জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা দুর্বল হয়ে পড়ে। তাই, আবরণের মান উন্নত করার জন্য এটি সাধারণত SiC কম্পোজিট আবরণ তৈরির ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়।
জেল-সোল পদ্ধতি
জেল-সোল পদ্ধতিতে প্রধানত সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে প্রলেপ দেওয়ার জন্য একটি সমসত্ত্ব, স্বচ্ছ সোল দ্রবণ প্রস্তুত করা হয়। শুকিয়ে জেলে পরিণত হওয়ার পর, আবরণটি গঠনের জন্য উপাদানটিকে সিন্টার করা হয়। এই পদ্ধতিটি পরিচালনা করা সহজ এবং তুলনামূলকভাবে স্বল্প ব্যয়বহুল; তবে, এর ফলে প্রাপ্ত আবরণগুলিতে কম তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং ফাটল ধরার প্রবণতার মতো অসুবিধা রয়েছে, যা এর ব্যাপক প্রয়োগকে সীমিত করে।
রাসায়নিক বাষ্প বিক্রিয়া (CVR) পদ্ধতি
CVR প্রধানত Si এবং SiO₂ পাউডার ব্যবহার করে উচ্চ তাপমাত্রায় SiO₂ বাষ্প তৈরি করে, যা Si সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে ধারাবাহিক রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটিয়ে একটি SiC কোটিং গঠন করে। এই পদ্ধতিতে উৎপাদিত SiC কোটিং সাবস্ট্রেটের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত হয়; তবে, এর বিক্রিয়ার তাপমাত্রা বেশি এবং খরচও তুলনামূলকভাবে বেশি।
রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD)
সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে SiC কোটিং প্রস্তুত করার জন্য CVD বর্তমানে প্রধান প্রযুক্তি। এই মূল প্রক্রিয়ায় গ্যাসীয় বিক্রিয়ক এবং সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের মধ্যে ধারাবাহিক ভৌত-রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে, যার চূড়ান্ত ফলস্বরূপ একটি SiC কোটিং জমা হয়। CVD প্রযুক্তিতে উৎপাদিত SiC কোটিং সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত হয় এবং সাবস্ট্রেট উপাদানের জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা ও ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা কার্যকরভাবে উন্নত করতে পারে; তবে, এই পদ্ধতিতে কোটিং জমার জন্য তুলনামূলকভাবে দীর্ঘ সময় প্রয়োজন হয় এবং বিক্রিয়ার গ্যাসগুলিতে কিছু বিষাক্ত উপাদান থাকে।
SiC আবরণের প্রবণতা
সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনে SiC কোটিং প্রধানত ব্যবহার্য সামগ্রী হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যার মূল কার্যক্ষমতার মাপকাঠিগুলোর মধ্যে রয়েছে কোটিংয়ের সমরূপতা, তাপীয় প্রসারণ সহগ এবং তাপ পরিবাহিতা। চীনে SiC কোটিংয়ের উল্লেখযোগ্য অভ্যন্তরীণ চাহিদা থাকলেও, এই প্রযুক্তি এখনও অপরিণত। বিদেশে, শুধুমাত্র একটি মার্কিন কোম্পানি এই ক্ষেত্রে কাজ করে এবং তাদের পণ্য তুলনামূলকভাবে ব্যয়বহুল।
ক্রিস্টাল বোটএপিটেক্সিয়াল উৎপাদনে ব্যবহৃত ভোগ্যপণ্যগুলো SiC-প্রলিপ্ত গ্রাফাইটের বিকল্প হতে পারে, যদিও এর বাজার পরিমাণ কম। এর পরেই রয়েছে TaC-প্রলিপ্ত গ্রাফাইট, যা সাধারণ গ্রাফাইট বা SiC-প্রলিপ্ত গ্রাফাইটের চেয়ে উন্নত রাসায়নিক ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদান করে, কিন্তু এটি অত্যন্ত ব্যয়বহুল এবং এখনও উন্নয়নের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে। বর্তমানে, দেশীয় কোম্পানিগুলো যেমনলিউফাং সেমিকন্ডাক্টর, সেমিসেরাএবংভেটেক সেমিকন্ডাক্টরএই ক্ষেত্রে গবেষণা ও উন্নয়নে নিয়োজিত আছেন।
পোস্ট করার সময়: ২০-মে-২০২৬