SiCএর বৈশিষ্ট্য হলো বৃহৎ ব্যান্ডগ্যাপ, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, উচ্চ ক্রিটিক্যাল ব্রেকডাউন ফিল্ড স্ট্রেংথ এবং উচ্চ ইলেকট্রন স্যাচুরেশন ড্রিফট রেট। এটি উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ, উচ্চ কম্পাঙ্ক এবং উচ্চ শক্তির পরিস্থিতিতে প্রয়োগের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে। এটি নতুন শক্তির যানবাহন, ফটোভোল্টাইক, শিল্প নিয়ন্ত্রণ, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি যোগাযোগ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। সংশ্লিষ্ট শিল্পগুলোর দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে, সিলিকন কার্বাইড দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর বাজার নতুন সুযোগের সূচনা করেছে।
ক্রিস্টাল গ্রোথ হলো সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট উৎপাদনের মূল ধাপ, এবং এর প্রধান সরঞ্জাম হলো ক্রিস্টাল গ্রোথ ফার্নেস। প্রচলিত ক্রিস্টালাইন সিলিকন-গ্রেড ক্রিস্টাল গ্রোথ ফার্নেসের মতোই, এই ফার্নেসের গঠন খুব বেশি জটিল নয়। এটি প্রধানত ফার্নেস বডি, হিটিং সিস্টেম, কয়েল ট্রান্সমিশন মেকানিজম, ভ্যাকুয়াম অ্যাকুইজিশন ও মেজারমেন্ট সিস্টেম, গ্যাস পাথ সিস্টেম, কুলিং সিস্টেম, কন্ট্রোল সিস্টেম ইত্যাদি নিয়ে গঠিত। থার্মাল ফিল্ড এবং প্রসেস কন্ডিশন সিলিকন কার্বাইড ক্রিস্টালের গুণমান, আকার, পরিবাহিতা এবং অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ সূচক নির্ধারণ করে।
১. সিলিকন কার্বাইড স্ফটিক বৃদ্ধি প্রযুক্তির অসুবিধাসমূহ
সিলিকন কার্বাইড স্ফটিক বৃদ্ধির তাপমাত্রা অত্যন্ত বেশি এবং তা পর্যবেক্ষণ করা যায় না, তাই মূল অসুবিধাটি প্রক্রিয়াটির মধ্যেই নিহিত:
(1)তাপ ক্ষেত্র নিয়ন্ত্রণে অসুবিধাবদ্ধ উচ্চ-তাপমাত্রার গহ্বর পর্যবেক্ষণ করা কঠিন এবং অনিয়ন্ত্রণযোগ্য। প্রচলিত সিলিকন-ভিত্তিক সলিউশন-পুলড ক্রিস্টাল গ্রোথ সরঞ্জামের বিপরীতে, যেটিতে উচ্চ মাত্রার অটোমেশন রয়েছে এবং ক্রিস্টাল গ্রোথ প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ, নিয়ন্ত্রণ এবং সমন্বয় করা যায়, সিলিকন কার্বাইড ক্রিস্টালগুলি ২,০০০°C-এর বেশি উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশে একটি বদ্ধ স্থানে বৃদ্ধি পায়, এবং উৎপাদনের সময় বৃদ্ধির তাপমাত্রা সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন, যা তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণকে কঠিন করে তোলে;
(2)স্ফটিকের আকার নিয়ন্ত্রণে অসুবিধা: বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় মাইক্রোপাইপ, পলিমরফিক ইনক্লুশন, ডিসলোকেশন এবং অন্যান্য ত্রুটি দেখা দেওয়ার প্রবণতা থাকে, এবং এগুলো একে অপরকে প্রভাবিত করে ও বিকশিত করে। মাইক্রোপাইপ (এমপি) হলো কয়েক মাইক্রন থেকে কয়েক দশ মাইক্রন আকারের এক ধরনের ছিদ্রপথের ত্রুটি, যা ডিভাইসের জন্য মারাত্মক ত্রুটি। সিলিকন কার্বাইড একক স্ফটিকে ২০০-র বেশি বিভিন্ন স্ফটিক রূপ রয়েছে, কিন্তু মাত্র কয়েকটি স্ফটিক কাঠামো (4H টাইপউৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় সেমিকন্ডাক্টর উপাদান হলো সিলিকন-কার্বন। বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় স্ফটিকের রূপ পরিবর্তন ঘটার প্রবণতা থাকে, যার ফলে পলিমরফিক ইনক্লুশন ত্রুটি দেখা দেয়। তাই, সিলিকন-কার্বন অনুপাত, বৃদ্ধির তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট, স্ফটিক বৃদ্ধির হার এবং গ্যাস প্রবাহের চাপের মতো প্যারামিটারগুলো সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন।
এছাড়াও, সিলিকন কার্বাইড একক স্ফটিকের বৃদ্ধির তাপ ক্ষেত্রে একটি তাপমাত্রার তারতম্য থাকে, যা স্ফটিক বৃদ্ধি প্রক্রিয়া চলাকালীন স্বাভাবিক অভ্যন্তরীণ পীড়ন এবং এর ফলে সৃষ্ট ডিসলোকেশন (বেসাল প্লেন ডিসলোকেশন BPD, স্ক্রু ডিসলোকেশন TSD, এজ ডিসলোকেশন TED) ঘটায়, এবং এর ফলে পরবর্তী এপিট্যাক্সি ও ডিভাইসগুলোর গুণমান এবং কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে।
(3)কঠিন ডোপিং নিয়ন্ত্রণদিকনির্দেশিত ডোপিং সহ একটি পরিবাহী স্ফটিক পাওয়ার জন্য বাহ্যিক অশুদ্ধির সংযোজন কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে;
(4)ধীর বৃদ্ধির হারসিলিকন কার্বাইডের বৃদ্ধির হার খুব ধীর। প্রচলিতসিলিকন উপকরণএকটি স্ফটিক দণ্ডে পরিণত হতে মাত্র ৩ দিন সময় লাগে, যেখানে সিলিকন কার্বাইড স্ফটিক দণ্ডের জন্য ৭ দিন প্রয়োজন। এর ফলে স্বাভাবিকভাবেই সিলিকন কার্বাইডের উৎপাদন দক্ষতা কম হয় এবং এর উৎপাদন অত্যন্ত সীমিত।
অন্যদিকে, সিলিকন কার্বাইড এপিটেক্সিয়াল গ্রোথের প্যারামিটারগুলো অত্যন্ত কঠোর, যার মধ্যে রয়েছে যন্ত্রপাতির বায়ুরোধী অবস্থা, রিঅ্যাকশন চেম্বারে গ্যাসের চাপের স্থিতিশীলতা, গ্যাস প্রবেশের সময়ের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ, গ্যাসের অনুপাতের নির্ভুলতা এবং ডিপোজিশন তাপমাত্রার কঠোর ব্যবস্থাপনা। বিশেষ করে, ডিভাইসের সহনশীল ভোল্টেজ লেভেলের উন্নতির সাথে সাথে এপিটেক্সিয়াল ওয়েফারের মূল প্যারামিটারগুলো নিয়ন্ত্রণের জটিলতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে।
এছাড়াও, এপিটেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে, পুরুত্ব নিশ্চিত করার পাশাপাশি রোধের সমরূপতা নিয়ন্ত্রণ করা এবং ত্রুটির ঘনত্ব কমানো আরেকটি প্রধান চ্যালেঞ্জ হয়ে দাঁড়িয়েছে। বিদ্যুতায়িত নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থায়, বিভিন্ন প্যারামিটার যাতে নির্ভুলভাবে এবং স্থিতিশীলভাবে নিয়ন্ত্রিত হতে পারে তা নিশ্চিত করার জন্য উচ্চ-নির্ভুল সেন্সর এবং অ্যাকচুয়েটর সংহত করা প্রয়োজন। একই সাথে, নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদমের অপ্টিমাইজেশনও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। বিভিন্ন পরিবর্তনের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার জন্য এটিকে ফিডব্যাক সিগন্যাল অনুযায়ী রিয়েল টাইমে নিয়ন্ত্রণ কৌশল সামঞ্জস্য করতে সক্ষম হতে হবে।সিলিকন কার্বাইড এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধিপ্রক্রিয়া।
২. সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট উৎপাদনের প্রধান অসুবিধাগুলো হলো:
১. বৃদ্ধির তাপমাত্রা ২০০০℃-এর উপরে, যা সিলিকনের তুলনায় দ্বিগুণ বেশি।
২. স্ফটিক বৃদ্ধির সময় স্ফটিক দণ্ডটির পুরুত্ব কম থাকে এবং ৭ দিনে একটি ২ সেমি সিলিকন কার্বাইড স্ফটিক দণ্ড গঠিত হয়।
৩. স্ফটিকের প্রকারভেদের জন্য উচ্চ শর্ত রয়েছে, এবং স্ফটিক কাঠামোযুক্ত একক-স্ফটিক সিলিকন কার্বাইড খুব কমই পাওয়া যায়।
৪. কর্তনজনিত ক্ষয় বেশি এবং সিলিকন কার্বাইডের কাঠিন্য অত্যন্ত বেশি।
সংক্ষেপে, ব্যয়বহুল সময় এবং জটিল প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের উচ্চ মূল্য নির্ধারণ করে, যা সিলিকন কার্বাইডের প্রয়োগকে সীমিত করে।
III. স্ফটিক বৃদ্ধির চুল্লির শ্রেণিবিন্যাস
তাপীয় পদ্ধতির ভিন্নতা অনুসারে, ক্রিস্টাল গ্রোথ ফার্নেসকে ইন্ডাকশন টাইপ এবং রেজিস্ট্যান্স টাইপে ভাগ করা যায়। বর্তমানে, বাজারে উপলব্ধ বেশিরভাগ সরঞ্জামই ইন্ডাকশন টাইপের, যার সুবিধাগুলো হলো স্বল্প ব্যয়, সরল গঠন, সুবিধাজনক রক্ষণাবেক্ষণ এবং উচ্চ তাপীয় দক্ষতা। তবে, তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ প্রভাবের কারণে, ইন্ডাকশন হিটিং-এর অক্ষীয় তাপমাত্রা এবং ব্যাসার্ধীয় তাপমাত্রা পরস্পর সংযুক্ত থাকে, এবং এর ফলে ক্রিস্টাল বৃদ্ধির গতি ও ক্রিস্টাল বৃদ্ধির গুণমান উভয়কেই বিবেচনায় আনা সম্ভব হয় না।
রেজিস্ট্যান্স থার্মাল ফিল্ড গ্রোথ প্ল্যাটফর্মটি যথাক্রমে অক্ষীয় তাপমাত্রা এবং ব্যাসার্ধীয় তাপমাত্রা নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, যা বড় আকারের ক্রিস্টালের বৃদ্ধির জন্য সহায়ক এবং ক্রিস্টাল বৃদ্ধির হার উন্নত করে। এটি ভবিষ্যতের উচ্চ-মানের ৮-ইঞ্চি সিলিকন কার্বাইড ক্রিস্টাল বৃদ্ধির অন্যতম একটি সমাধান।
আবেশ পদ্ধতি এবং প্রতিরোধ পদ্ধতির মধ্যে তুলনা:
| আবেশ পদ্ধতি | প্রতিরোধ পদ্ধতি | |
| কার্যকরী নীতি | ইন্ডাকশন হিটিং হলো একটি তাপ প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি, যা বৈদ্যুতিক প্রবাহের চৌম্বকীয় প্রভাব ব্যবহার করে ওয়ার্কপিসের পৃষ্ঠ স্তরে তুলনামূলকভাবে উচ্চ ঘনত্বের আবিষ্ট প্রবাহ সৃষ্টি করে, এটিকে দ্রুত অস্টেনাইট অবস্থায় উত্তপ্ত করে এবং তারপর দ্রুত শীতল করে একটি মার্টেনসিটিক কাঠামো তৈরি করে। | রোধ তাপায়নে পরিবাহীর মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহের ফলে উৎপন্ন জুল তাপকে তাপ উৎস হিসেবে ব্যবহার করা হয়। একে দুই ভাগে ভাগ করা যায়: পরোক্ষ রোধ তাপায়ন (বৈদ্যুতিক হিটিং এলিমেন্ট বা পরিবাহী মাধ্যম) এবং প্রত্যক্ষ রোধ তাপায়ন। |
| তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ | আবেশ পদ্ধতিতে ক্রুসিবলের বাইরে থাকা আবেশ কয়েলের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ চৌম্বক ক্ষেত্রকে উত্তপ্ত করা হয়। এই পদ্ধতিতে উত্তাপ দ্রুত হয়, কিন্তু আবেশ কয়েল এবং ক্রুসিবলের মধ্যে দূরত্ব বেশি হওয়ায় বিকিরণ এলাকা বিক্ষিপ্ত হয়ে পড়ে এবং অনুভূমিক দিকে ক্রুসিবলের পৃষ্ঠের তাপ উৎপাদন সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন। | রেজিস্ট্যান্স পদ্ধতিতে ক্রুসিবলের কাছাকাছি একটি আলাদা হিটার ব্যবহার করা হয়। হিটারটি সামঞ্জস্য করার মাধ্যমে ক্রুসিবলের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা আরও নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। |
| বড় আকারের স্ফটিক বৃদ্ধি | আবেশ পদ্ধতির তাপ ক্ষেত্র কাঠামোতে একাধিক হিটিং কয়েল যুক্ত করা হলে, চৌম্বক ক্ষেত্রগুলো একে অপরের সাথে পারস্পরিক ব্যতিচার করতে পারে, যার ফলে চৌম্বক ক্ষেত্র এবং তাপ নকশার উদ্দেশ্য অনুযায়ী সহজে বণ্টিত হয় না, যা তাপীয় প্রভাব এবং স্ফটিক বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করে। | রেজিস্ট্যান্স হিটিং ক্রিস্টাল গ্রোথ ইকুইপমেন্টের জন্য একটি বহু-পর্যায়ের স্বাধীন নিয়ন্ত্রণযোগ্য হিটিং সিস্টেম ডিজাইন করা সহজতর, এবং ইকুইপমেন্টটির নিজস্ব রেডিয়াল গ্রেডিয়েন্ট কম হওয়ায় এটি বড় আকারের ক্রিস্টাল গ্রোথের চাহিদা মেটাতে পারে। |
| স্ফটিক বৃদ্ধির চক্র | ইন্ডাকশন পদ্ধতিতে স্ফটিক বৃদ্ধিতে প্রায় ১০ দিন, অ্যানিলিং-এ ১০-১৫ দিন এবং সম্পূর্ণ বৃদ্ধি চক্রটি ২০-২৫ দিন সময় নেয়। | ক্রিস্টাল বৃদ্ধির চক্র প্রায় ৫-৭ দিন, এবং এটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে অ্যানিল করা যায়, আর বিদ্যুৎ চলে গেলে তাপমাত্রা ধীরে ধীরে কমে আসে। |
| শক্তি খরচ | রোধ পদ্ধতির শক্তি খরচ আবেশ পদ্ধতির তুলনায় ২-৩ গুণ বেশি। | |
| ফলন স্তর | ইন্ডাকশন পদ্ধতির ক্রিস্টাল গ্রোথ ফার্নেসের তুলনায় রেজিস্ট্যান্স পদ্ধতির ক্রিস্টাল গ্রোথ ফার্নেসে উৎপন্ন ক্রিস্টালের পরিমাণ অনেক বেশি উন্নত। | |
পোস্ট করার সময়: জুন-২৪-২০২৫