សេចក្តីផ្តើម៖ តួនាទីដ៏សំខាន់នៃសម្ភារៈបំពង់ឡនៅក្នុងការផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក
ក្នុងការផលិតបន្ទះសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិច បំពង់ឡសាយភាយគឺជាសមាសធាតុដំណើរការសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដ៏សំខាន់បំផុតមួយដែលប្រើក្នុងឧបករណ៍ដំណើរការកម្ដៅ។ វាផ្តល់នូវបរិយាកាសប្រតិកម្មដែលគ្រប់គ្រងសម្រាប់ដំណើរការអេឡិចត្រូនិចសំខាន់ៗមួយចំនួន រួមមាន៖
- អុកស៊ីតកម្មកម្ដៅ;
- ការសាយភាយសារធាតុដូប៉ាន;
- ការដុត;
- ការដាក់ LPCVD;
- ការព្យាបាល wafer សីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
មិនដូចសមាសធាតុឡចំហាយឧស្សាហកម្មធម្មតាទេ បំពង់ឡចំហាយស៊ីមីកុងដុកទ័រត្រូវតែបំពេញតាមតម្រូវការតឹងរ៉ឹងបំផុត ពីព្រោះសូម្បីតែការបំពុលដាន ឬការបង្កើតភាគល្អិតក៏អាចប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ដល់ទិន្នផលបន្ទះ wafer និងភាពជឿជាក់នៃឧបករណ៍ផងដែរ។
ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការសាយភាយ និងអុកស៊ីតកម្មនៃស៊ីមីកុងដុកទ័រ បំពង់ឡជាធម្មតាត្រូវបានប៉ះពាល់នឹង៖
- សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ចាប់ពី 800 អង្សាសេដល់ 1200 អង្សាសេ;
- ឧស្ម័នអុកស៊ីតកម្មដូចជា O₂ និង H₂O;
- ឧស្ម័នអសកម្ម រួមទាំង N₂ និង Ar;
- សារធាតុផ្សំមុនដូចជា POCl₃ និង BBr₃;
- ប្រភេទសារធាតុគីមីច្រេះដូចជា HCl។
ដូច្នេះសម្ភារៈបំពង់ឡត្រូវតែផ្តល់ជូនក្នុងពេលដំណាលគ្នា៖
- ភាពបរិសុទ្ធគីមីខ្ពស់ខ្លាំង;
- ស្ថេរភាពកម្ដៅដ៏ល្អឥតខ្ចោះ;
- ការបំពុលលោហធាតុទាប;
- ភាពធន់នឹងការច្រេះខ្ពស់;
- ការបង្កើតភាគល្អិតទាប;
- អាយុកាលប្រតិបត្តិការយូរ។
យោងតាមស្តង់ដារសម្ភារៈឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក និងការអនុវត្តឧស្សាហកម្ម សម្ភារៈបំពង់ឡដែលប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយបំផុតរួមមាន៖
- ថ្ម Quartz ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ (ស៊ីលីការលាយ SiO₂)
- ស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ (សេរ៉ាមិច SiC)
- សេរ៉ាមិចអាលុយមីញ៉ូម (Al₂O₃)
- សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុននីទ្រីត (Si₃N₄)
បំពង់ Quartz ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់
ក្នុងចំណោមសម្ភារៈបំពង់ឡចំហាយស៊ីមីកុងដុកទ័រទាំងអស់ បំពង់ក្វាតស៍ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់នៅតែជាដំណោះស្រាយលេចធ្លោសម្រាប់ការផលិតបន្ទះស៊ីលីកុនធម្មតា ដោយសារតែភាពបរិសុទ្ធដ៏លេចធ្លោ ស្ថេរភាពកម្ដៅ និងបច្ចេកវិទ្យាដំណើរការចាស់ទុំរបស់វា។
បំពង់ក្វាតស៍ថ្នាក់ស៊ីមីកុងដុកទ័រត្រូវបានផលិតចេញពីស៊ីលីការលាយដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ ដែលសមាសធាតុចម្បងគឺស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត (SiO₂)។ កម្រិតភាពបរិសុទ្ធជាធម្មតាលើសពី 99.99% ជាមួយនឹងការគ្រប់គ្រងយ៉ាងតឹងរ៉ឹងលើភាពមិនបរិសុទ្ធនៃលោហធាតុរួមមាន៖ Fe; Na; K; Cu; Al។
នៅក្នុងដំណើរការអុកស៊ីតកម្មកម្ដៅ បំពង់ឡចំហាយរ៉ែថ្មខៀវផ្តល់នូវបរិយាកាសប្រតិកម្មដ៏ល្អសម្រាប់បង្កើតស្រទាប់អុកស៊ីដស៊ីលីកុន។
ប្រតិកម្មធម្មតារួមមាន៖
អុកស៊ីតកម្មស្ងួត:
ស៊ី + O₂ → ស៊ីអូ₂
អុកស៊ីតកម្មសើម:
ស៊ី + ហ₂O → ស៊ីអូ₂ + ហ₂
ដំណើរការអុកស៊ីតកម្មទាំងនេះគឺចាំបាច់សម្រាប់៖
- ការបង្កើតច្រកទ្វារអគ្គិសនី;
- ការធ្វើឱ្យផ្ទៃអសកម្ម;
- រចនាសម្ព័ន្ធអ៊ីសូឡង់។
បំពង់ Quartz ក៏ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងដំណើរការសាយភាយសារធាតុដូប៉ាញ រួមមាន៖
- ការសាយភាយផូស្វ័រដោយប្រើ POCl₃;
- ការសាយភាយបូរ៉ុនដោយប្រើ BBr₃;
- ដំណើរការសាយភាយអាសេនិច។
លើសពីនេះ បំពង់ឡដុតរ៉ែថ្មខៀវត្រូវបានអនុវត្តយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងប្រព័ន្ធ LPCVD សម្រាប់៖
- ការដាក់ស៊ីលីកុននីទ្រីត;
- ការដាក់ស៊ីលីកុនពហុគ្រីស្តាលីន។
គុណសម្បត្តិចម្បងនៃបំពង់ឡដុតរ៉ែថ្មខៀវរួមមាន៖
- ភាពបរិសុទ្ធគីមីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ
- ការពង្រីកកម្ដៅទាប
- ឯកសណ្ឋានកម្ដៅដ៏ល្អឥតខ្ចោះ
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បំពង់ក្វាតស៍ក៏មានដែនកំណត់មួយចំនួនផងដែរ។ ដែនកំណត់ចម្បងគឺស្ថេរភាពមេកានិចសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ ក្រោមប្រតិបត្តិការយូរលើសពីប្រហែល 1100–1200°C ក្វាតស៍អាចជួបប្រទះ៖
- ការខូចទ្រង់ទ្រាយបំពង់;
- យារធ្លាក់;
- កម្លាំងមេកានិចថយចុះ។
ដូច្នេះ រ៉ែថ្មខៀវនៅតែជាជម្រើសដែលពេញចិត្តសម្រាប់ការផលិតស៊ីមីកុងដុកទ័រស៊ីលីកុនសំខាន់ៗ ប៉ុន្តែវាមិនសូវស័ក្តិសមសម្រាប់ដំណើរការដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ខ្លាំង ឬមានជាតិกัดกร่อนខ្ពស់នោះទេ។
បំពង់ស៊ីលីកុនកាប៊ីត៖ ដំណោះស្រាយសីតុណ្ហភាពខ្ពស់សម្រាប់ការផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកកម្រិតខ្ពស់
សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃ (SiC) បានលេចចេញជាសម្ភារៈជំនួសដ៏ជោគជ័យសម្រាប់បំពង់ឡចំហាយទំនើប។
SiC គឺជាសមាសធាតុសេរ៉ាមិចកូវ៉ាឡង់ដែលមានផ្ទុកអាតូមស៊ីលីកុន និងកាបូន។ សេរ៉ាមិច SiC ថ្នាក់ស៊ីមីកុងដុកទ័រជាធម្មតារួមមាន៖
- SiC ដែលមានចំណងប្រតិកម្ម;
- ស៊ីស៊ីអ៊ីតដែលបានដុត;
- សម្ភារៈ SiC CVD ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។
បើប្រៀបធៀបជាមួយរ៉ែថ្មខៀវ SiC ផ្តល់នូវភាពប្រសើរឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់៖
- ភាពធន់នឹងសីតុណ្ហភាព;
- កម្លាំងមេកានិច;
- ចរន្តកំដៅ;
- ភាពធន់គីមី។
គុណសម្បត្តិដ៏សំខាន់បំផុតមួយនៃបំពង់ឡ SiC គឺសមត្ថភាពសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដ៏អស្ចារ្យរបស់វា។
ខណៈពេលដែលរ៉ែថ្មខៀវជាទូទៅត្រូវបានកំណត់ចំពោះលក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការប្រហែល 1200°C សេរ៉ាមិច SiC អាចទប់ទល់នឹងសីតុណ្ហភាពលើសពី 1500°C ដែលធ្វើឱ្យវាសមស្របសម្រាប់ដំណើរការកម្ដៅកម្រិតខ្ពស់។
ភាពខុសគ្នានៃចរន្តកំដៅក៏សំខាន់ផងដែរ៖
- រ៉ែថ្មខៀវ៖ ~1.4 W/m·K
- ស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ៖ ១២០–២០០ W/m·K
ចរន្តកំដៅខ្ពស់នៃ SiC អនុញ្ញាតឱ្យ៖
- ប្រតិកម្មកម្ដៅលឿនជាងមុន;
- ឯកសណ្ឋានសីតុណ្ហភាពប្រសើរឡើង;
- ការថយចុះនៃជម្រាលកម្ដៅ។
នៅក្នុងកម្មវិធីស៊ីមីកុងដុកទ័រ បំពង់ឡ SiC ត្រូវបានពិចារណាជាចម្បងសម្រាប់៖
- ការដុតនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់;
- ដំណើរការសាយភាយកម្រិតខ្ពស់;
- ការផលិតឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុនកាប៊ីត;
- ដំណើរការអេឡិចត្រូនិច GaN ។
បំពង់អាលុយមីញ៉ូម (Al₂O₃): សម្ភារៈសេរ៉ាមិចសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដែលមានតម្លៃសមរម្យ
បំពង់សេរ៉ាមិចអាលុយមីណាត្រូវបានផលិតជាចម្បងពីអុកស៊ីដអាលុយមីញ៉ូម (Al₂O₃) ជាធម្មតាមានកម្រិតភាពបរិសុទ្ធចាប់ពី 95% ដល់ 99.8%។
សមត្ថភាពសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការនៃសេរ៉ាមិចអាលុយមីណាអាចឡើងដល់ប្រហែល៖ ១៤០០–១៧០០°C ដែលខ្ពស់ជាងរ៉ែថ្មខៀវធម្មតា។
ដោយសារតែលក្ខណៈទាំងនេះ បំពង់ឡដុតអាលុយមីញ៉ូមត្រូវបានគេប្រើជាទូទៅនៅក្នុង៖
ឡចំហាយស៊ីមីកុងដុកទ័រមន្ទីរពិសោធន៍;
- ឧបករណ៍ស្រាវជ្រាវ និងអភិវឌ្ឍន៍;
- ប្រព័ន្ធដំណើរការកម្ដៅពិសោធន៍។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ អាលុយមីណាមានការអនុម័តមានកម្រិតក្នុងការផលិតស៊ីមីកុងដុកទ័រក្នុងបរិមាណច្រើន។ មូលហេតុចម្បងគឺការគ្រប់គ្រងការបំពុល។
បើប្រៀបធៀបជាមួយរ៉ែថ្មខៀវ សេរ៉ាមិចអាលុយមីណាអាចណែនាំ៖
- ការបំពុលអាលុយមីញ៉ូម;
- កម្រិតនៃភាពមិនបរិសុទ្ធខ្ពស់។
សម្រាប់ការផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកកម្រិតខ្ពស់ដែលត្រូវការកម្រិតនៃការបំពុលទាបបំផុត រ៉ែថ្មខៀវ និង SiC ដ៏បរិសុទ្ធខ្ពស់នៅតែជាជម្រើសដែលពេញចិត្ត។
បំពង់ស៊ីលីកុននីទ្រីត (Si₃N₄): សេរ៉ាមិចកម្រិតខ្ពស់សម្រាប់ភាពធន់នឹងការឆក់កម្ដៅ
ស៊ីលីកុននីទ្រីត (Si₃N₄) គឺជាសម្ភារៈសេរ៉ាមិចកម្រិតខ្ពស់មួយផ្សេងទៀតដែលត្រូវបានគេស្គាល់ដោយសារលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចពិសេសរបស់វា។ ការប្រើប្រាស់ស៊ីមីកុងដុកទ័រដែលមានសក្តានុពលរួមមាន៖
- សមាសធាតុឡដុតពិសេស;
- ស្រាវជ្រាវឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក;
- រចនាសម្ព័ន្ធសេរ៉ាមិចសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បំពង់ឡ Si₃N₄ មិនត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងឡសាយភាយស៊ីមីកុងដុកទ័រសំខាន់ៗទេ ដោយសារតែ៖
- ភាពស្មុគស្មាញនៃការផលិតខ្ពស់ជាង;
- ថ្លៃដើមខ្ពស់ជាង;
- ភាពចាស់ទុំនៃខ្សែសង្វាក់ផ្គត់ផ្គង់ឧស្សាហកម្មមានកំណត់។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
បំពង់ឡសាយភាយគឺជាសមាសធាតុសំខាន់មួយ ប៉ុន្តែជារឿយៗត្រូវបានមើលស្រាលក្នុងការផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក។ សម្ភារៈរបស់វាប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ដល់៖
- ទិន្នផលនំប៉ាវ;
- ស្ថេរភាពនៃដំណើរការ;
- ការអនុវត្តភាគល្អិត;
- អាយុកាលឧបករណ៍។
បច្ចុប្បន្ន៖
បំពង់ Quartzគ្របដណ្ដប់លើដំណើរការអុកស៊ីតកម្ម និងសាយភាយធម្មតា ដោយសារតែភាពបរិសុទ្ធ និងភាពចាស់ទុំពិសេសរបស់វា។
បំពង់ SiCផ្តល់នូវសមត្ថភាពកម្ដៅកម្រិតខ្ពស់សម្រាប់កម្មវិធីស៊ីមីកុងដុកទ័រជំនាន់ក្រោយ។
បំពង់អាលុយមីញ៉ូម និងស៊ីលីកុននីទ្រីត បម្រើដល់កម្មវិធីសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ឯកទេស ដែលដំណើរការមេកានិចត្រូវបានផ្តល់អាទិភាព។
នៅពេលដែលការផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកបន្តឆ្ពោះទៅរកសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ បន្ទះសៀគ្វីធំជាង និងឧបករណ៍ដែលមានកម្រិតបញ្ជូនធំទូលាយ សម្ភារៈបំពង់ឡចំហាយសេរ៉ាមិចទំនើបនឹងដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់កាន់តែខ្លាំងឡើងនៅក្នុងឧបករណ៍ដំណើរការឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកនាពេលអនាគត។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៤ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០២៦