എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ സെമികണ്ടക്ടർ ഉപകരണങ്ങളെ എങ്ങനെ സഹായിക്കുന്നു?

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ എന്ന പേരിന്റെ ഉത്ഭവം

ആദ്യം, നമുക്ക് ഒരു ചെറിയ ആശയം ജനപ്രിയമാക്കാം: വേഫർ തയ്യാറാക്കലിൽ രണ്ട് പ്രധാന ലിങ്കുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു: സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് തയ്യാറാക്കലും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പ്രക്രിയയും. സെമികണ്ടക്ടർ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയൽ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഒരു വേഫറാണ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്. സെമികണ്ടക്ടർ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന് നേരിട്ട് വേഫർ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയും, അല്ലെങ്കിൽ എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പ്രക്രിയകൾ വഴി എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ വേഫറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഇത് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാം. മുറിക്കൽ, പൊടിക്കൽ, മിനുക്കൽ മുതലായവയിലൂടെ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പ്രോസസ്സ് ചെയ്ത ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഒരു പുതിയ പാളി വളർത്തുന്ന പ്രക്രിയയെ എപ്പിറ്റാക്‌സി സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പുതിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെ അതേ മെറ്റീരിയലാകാം, അല്ലെങ്കിൽ അത് വ്യത്യസ്തമായ ഒരു മെറ്റീരിയൽ (ഏകരൂപത്തിലുള്ള) എപ്പിറ്റാക്‌സി അല്ലെങ്കിൽ ഹെറ്ററോഎപിറ്റാക്‌സി ആകാം). പുതിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ പാളി അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘട്ടം അനുസരിച്ച് വികസിക്കുകയും വളരുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ, അതിനെ ഒരു എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി എന്ന് വിളിക്കുന്നു (കനം സാധാരണയായി കുറച്ച് മൈക്രോണുകളാണ്, സിലിക്കണിനെ ഉദാഹരണമായി എടുക്കുക: സിലിക്കൺ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ അർത്ഥം ഒരു നിശ്ചിത ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയന്റേഷനുള്ള ഒരു സിലിക്കൺ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലാണ്. നല്ല ലാറ്റിസ് ഘടന സമഗ്രതയും വ്യത്യസ്ത പ്രതിരോധശേഷിയും കനവും ഉള്ള ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ പാളി, അടിവസ്ത്രം വളർത്തിയ അതേ ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയന്റേഷനോടുകൂടിയത്), എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുള്ള അടിവസ്ത്രത്തെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ (എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ = എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി + അടിവസ്ത്രം) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉപകരണം എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിൽ നിർമ്മിക്കുമ്പോൾ, അതിനെ പോസിറ്റീവ് എപ്പിറ്റാക്സി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉപകരണം അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിർമ്മിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അതിനെ റിവേഴ്സ് എപ്പിറ്റാക്സി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ സമയത്ത്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി ഒരു പിന്തുണയ്ക്കുന്ന പങ്ക് മാത്രമേ വഹിക്കുന്നുള്ളൂ.

പോളിഷ് ചെയ്ത വേഫർ

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ രീതികൾ

മോളിക്യുലാർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (MBE): ഇത് അൾട്രാ-ഹൈ വാക്വം സാഹചര്യങ്ങളിൽ നടത്തുന്ന ഒരു സെമികണ്ടക്ടർ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് ടെക്നോളജിയാണ്. ഈ ടെക്നിക്കിൽ, ഉറവിട മെറ്റീരിയൽ ആറ്റങ്ങളുടെയോ തന്മാത്രകളുടെയോ ഒരു ബീം രൂപത്തിൽ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും പിന്നീട് ഒരു ക്രിസ്റ്റലിൻ സബ്സ്ട്രേറ്റിൽ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ആറ്റോമിക് തലത്തിൽ നിക്ഷേപിച്ച വസ്തുക്കളുടെ കനം കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുന്ന വളരെ കൃത്യവും നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതുമായ ഒരു സെമികണ്ടക്ടർ നേർത്ത ഫിലിം ഗ്രോത്ത് ടെക്നോളജിയാണ് MBE.
ലോഹ ജൈവ സിവിഡി (MOCVD): MOCVD പ്രക്രിയയിൽ, ആവശ്യമായ മൂലകങ്ങൾ അടങ്ങിയ ജൈവ ലോഹവും ഹൈഡ്രൈഡ് വാതക N വാതകവും ഉചിതമായ താപനിലയിൽ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുന്നു, ആവശ്യമായ അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, ശേഷിക്കുന്ന സംയുക്തങ്ങളും പ്രതിപ്രവർത്തന ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്നു.
വേപ്പർ ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി (VPE): സെമികണ്ടക്ടർ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് വേപ്പർ ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി. ഒരു കാരിയർ വാതകത്തിൽ മൂലക പദാർത്ഥങ്ങളുടെയോ സംയുക്തങ്ങളുടെയോ നീരാവി കൊണ്ടുപോകുകയും രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ അടിവസ്ത്രത്തിൽ പരലുകൾ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ് അടിസ്ഥാന തത്വം.

എപ്പിറ്റാക്സി പ്രക്രിയ എന്ത് പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നു?

വിവിധ സെമികണ്ടക്ടർ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന്റെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റാൻ ബൾക്ക് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് മാത്രം കഴിയില്ല. അതിനാൽ, നേർത്ത-പാളി സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യയായ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് 1959 അവസാനത്തോടെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. അപ്പോൾ എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് മെറ്റീരിയലുകളുടെ പുരോഗതിക്ക് എന്ത് പ്രത്യേക സംഭാവനയാണുള്ളത്?

സിലിക്കണിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, സിലിക്കൺ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യ ആരംഭിച്ചപ്പോൾ, സിലിക്കൺ ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി, ഹൈ-പവർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ ഉത്പാദനത്തിന് അത് ശരിക്കും ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള സമയമായിരുന്നു. ട്രാൻസിസ്റ്റർ തത്വങ്ങളുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസിയും ഉയർന്ന പവറും ലഭിക്കുന്നതിന്, കളക്ടർ ഏരിയയുടെ ബ്രേക്ക്ഡൗൺ വോൾട്ടേജ് ഉയർന്നതായിരിക്കണം, പരമ്പര പ്രതിരോധം ചെറുതായിരിക്കണം, അതായത്, സാച്ചുറേഷൻ വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് ചെറുതായിരിക്കണം. ആദ്യത്തേത് ശേഖരിക്കുന്ന മേഖലയിലെ മെറ്റീരിയലിന്റെ പ്രതിരോധശേഷി ഉയർന്നതായിരിക്കണമെന്ന് ആവശ്യപ്പെടുന്നു, രണ്ടാമത്തേത് ശേഖരിക്കുന്ന മേഖലയിലെ മെറ്റീരിയലിന്റെ പ്രതിരോധശേഷി കുറവായിരിക്കണമെന്ന് ആവശ്യപ്പെടുന്നു. രണ്ട് പ്രവിശ്യകളും പരസ്പരം വിരുദ്ധമാണ്. പരമ്പര പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുന്നതിന് കളക്ടർ ഏരിയയിലെ മെറ്റീരിയലിന്റെ കനം കുറച്ചാൽ, സിലിക്കൺ വേഫർ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാൻ കഴിയാത്തത്ര നേർത്തതും ദുർബലവുമായിരിക്കും. മെറ്റീരിയലിന്റെ പ്രതിരോധശേഷി കുറച്ചാൽ, അത് ആദ്യത്തെ ആവശ്യകതയ്ക്ക് വിരുദ്ധമാകും. എന്നിരുന്നാലും, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനം വിജയിച്ചു. ഈ ബുദ്ധിമുട്ട് പരിഹരിച്ചു.

പരിഹാരം: വളരെ കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ഒരു എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർത്തി, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിൽ ഉപകരണം നിർമ്മിക്കുക. ഈ ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി ട്യൂബിന് ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൌൺ വോൾട്ടേജ് ഉണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു, അതേസമയം കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള അടിവസ്ത്രം ഇത് അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി സാച്ചുറേഷൻ വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി രണ്ടും തമ്മിലുള്ള വൈരുദ്ധ്യം പരിഹരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

കൂടാതെ, GaA-കളുടെയും മറ്റ് III-V, II-VI-കളുടെയും മറ്റ് തന്മാത്രാ സംയുക്ത സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളുടെയും നീരാവി ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി, ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി തുടങ്ങിയ എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യകളും വളരെയധികം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ മിക്ക മൈക്രോവേവ് ഉപകരണങ്ങൾക്കും, ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾക്കും, പവർ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിന് ഇത് ഒരു ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്ത പ്രക്രിയ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് നേർത്ത പാളികൾ, സൂപ്പർലാറ്റിസുകൾ, ക്വാണ്ടം കിണറുകൾ, സ്‌ട്രെയിൻഡ് സൂപ്പർലാറ്റിസുകൾ, ആറ്റോമിക്-ലെവൽ നേർത്ത-പാളി എപ്പിറ്റാക്സി എന്നിവയിൽ മോളിക്യുലാർ ബീം, മെറ്റൽ ഓർഗാനിക് നീരാവി ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വിജയകരമായ പ്രയോഗം, ഇത് സെമികണ്ടക്ടർ ഗവേഷണത്തിലെ ഒരു പുതിയ ചുവടുവയ്പ്പാണ്. ഈ മേഖലയിലെ "ഊർജ്ജ ബെൽറ്റ് എഞ്ചിനീയറിംഗിന്റെ" വികസനം ശക്തമായ അടിത്തറയിട്ടു.

പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ, വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ ഉപകരണങ്ങൾ മിക്കവാറും എല്ലായ്‌പ്പോഴും എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പാളിയിലാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്, കൂടാതെ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വേഫർ തന്നെ അടിവസ്ത്രമായി മാത്രമേ വർത്തിക്കുന്നുള്ളൂ. അതിനാൽ, എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ പാളിയുടെ നിയന്ത്രണം വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായത്തിന്റെ ഒരു പ്രധാന ഭാഗമാണ്.

എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ 7 പ്രധാന കഴിവുകൾ

1. ഉയർന്ന (താഴ്ന്ന) പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ താഴ്ന്ന (ഉയർന്ന) പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള അടിവസ്ത്രങ്ങളിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ആയി വളർത്താം.
2. N (P) തരം എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി P (N) തരം സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയലായി വളർത്തി നേരിട്ട് ഒരു PN ജംഗ്ഷൻ രൂപപ്പെടുത്താം. ഡിഫ്യൂഷൻ രീതി ഉപയോഗിച്ച് ഒരൊറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ഒരു PN ജംഗ്ഷൻ നിർമ്മിക്കുമ്പോൾ ഒരു നഷ്ടപരിഹാര പ്രശ്‌നവുമില്ല.
3. മാസ്ക് സാങ്കേതികവിദ്യയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, നിയുക്ത പ്രദേശങ്ങളിൽ സെലക്ടീവ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച നടത്തുന്നു, പ്രത്യേക ഘടനകളുള്ള ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകളുടെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഉത്പാദനത്തിനുള്ള സാഹചര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
4. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ ആവശ്യങ്ങൾക്കനുസരിച്ച് ഡോപ്പിംഗിന്റെ തരവും സാന്ദ്രതയും മാറ്റാവുന്നതാണ്. സാന്ദ്രതയിലെ മാറ്റം പെട്ടെന്നുള്ള മാറ്റമോ മന്ദഗതിയിലുള്ള മാറ്റമോ ആകാം.
5. ഇതിന് വൈവിധ്യമാർന്ന, മൾട്ടി-ലെയേർഡ്, മൾട്ടി-കോമ്പോണന്റ് സംയുക്തങ്ങളും വേരിയബിൾ ഘടകങ്ങളുള്ള അൾട്രാ-നേർത്ത പാളികളും വളർത്താൻ കഴിയും.
6. പദാർത്ഥത്തിന്റെ ദ്രവണാങ്കത്തേക്കാൾ കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച നടത്താൻ കഴിയും, വളർച്ചാ നിരക്ക് നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതാണ്, കൂടാതെ ആറ്റോമിക്-ലെവൽ കട്ടിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച കൈവരിക്കാനും കഴിയും.
7. GaN, തൃതീയ, ക്വാട്ടേണറി സംയുക്തങ്ങളുടെ ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ പാളികൾ മുതലായവ പോലെ വലിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ വസ്തുക്കൾ ഇതിന് വളർത്താൻ കഴിയും.