epitaxial wafer ဆိုတဲ့ နာမည်ရဲ့ မူလအစ
ပထမဦးစွာ၊ သေးငယ်သော အယူအဆတစ်ခုကို လူကြိုက်များအောင် လုပ်ကြပါစို့- wafer ပြင်ဆင်မှုတွင် အဓိကလင့်ခ်နှစ်ခုပါဝင်သည်- substrate ပြင်ဆင်မှုနှင့် epitaxial လုပ်ငန်းစဉ်။ substrate သည် semiconductor single crystal ပစ္စည်းဖြင့်ပြုလုပ်ထားသော wafer တစ်ခုဖြစ်သည်။ substrate သည် wafer ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်သို့ တိုက်ရိုက်ဝင်ရောက်ကာ semiconductor စက်ပစ္စည်းများထုတ်လုပ်နိုင်သည်၊ သို့မဟုတ် epitaxial လုပ်ငန်းစဉ်များဖြင့် epitaxial wafers ထုတ်လုပ်နိုင်သည်။ Epitaxy ဆိုသည်မှာ ဖြတ်တောက်ခြင်း၊ ကြိတ်ခွဲခြင်း၊ ඔප දැමීමစသည့်ဖြင့် ဂရုတစိုက်လုပ်ဆောင်ထားသော single crystal substrate ပေါ်တွင် single crystal အလွှာအသစ်တစ်ခု ကြီးထွားလာခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို ရည်ညွှန်းသည်။ single crystal အသစ်သည် substrate နှင့် တူညီသောပစ္စည်းဖြစ်နိုင်သည်၊ သို့မဟုတ် မတူညီသောပစ္စည်း (တစ်သားတည်းဖြစ်သော) epitaxy သို့မဟုတ် heteroepitaxy ဖြစ်နိုင်သည်။ အသစ်ထွက်ရှိလာတဲ့ single crystal အလွှာဟာ substrate ရဲ့ crystal phase အလိုက် တိုးချဲ့ကြီးထွားလာတာကြောင့် epitaxial layer လို့ခေါ်ပါတယ် (အထူက များသောအားဖြင့် micron အနည်းငယ်ရှိပြီး silicon ကို ဥပမာအနေနဲ့ ယူပါတယ်- silicon epitaxial ကြီးထွားမှုရဲ့ အဓိပ္ပာယ်က crystal orientation ရှိတဲ့ silicon single crystal substrate ပေါ်မှာပါ။ substrate နဲ့ crystal orientation တူတဲ့ lattice structure ကောင်းမွန်ပြီး resistivity နဲ့ thickness ကွဲပြားတဲ့ crystal အလွှာတစ်ခု)၊ epitaxial layer ရှိတဲ့ substrate ကို epitaxial wafer လို့ခေါ်ပါတယ် (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate)။ epitaxial layer ပေါ်မှာ device ကို ပြုလုပ်တဲ့အခါ positive epitaxy လို့ခေါ်ပါတယ်။ substrate ပေါ်မှာ device ကို ပြုလုပ်ရင် reverse epitaxy လို့ခေါ်ပါတယ်။ ဒီအချိန်မှာ epitaxial layer က supporting role မှာပဲ ပါဝင်ပါတယ်။
ඔප දැමීම ...
Epitaxial ကြီးထွားမှုနည်းလမ်းများ
မော်လီကျူးရောင်ခြည် epitaxy (MBE): ၎င်းသည် အလွန်မြင့်မားသော လေဟာနယ်အခြေအနေများအောက်တွင် လုပ်ဆောင်သော semiconductor epitaxial ကြီးထွားမှုနည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤနည်းပညာတွင်၊ အရင်းအမြစ်ပစ္စည်းကို အက်တမ် သို့မဟုတ် မော်လီကျူးများ၏ ရောင်ခြည်ပုံစံဖြင့် အငွေ့ပျံစေပြီး ထို့နောက် ပုံဆောင်ခဲအလွှာပေါ်တွင် အပ်နှံသည်။ MBE သည် အက်တမ်အဆင့်တွင် အပ်နှံထားသောပစ္စည်း၏ အထူကို တိကျစွာထိန်းချုပ်နိုင်သော အလွန်တိကျပြီး ထိန်းချုပ်နိုင်သော semiconductor thin film ကြီးထွားမှုနည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သည်။
သတ္တုအော်ဂဲနစ် CVD (MOCVD): MOCVD လုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ လိုအပ်သောဒြပ်စင်များပါ၀င်သည့် အော်ဂဲနစ်သတ္တုနှင့် ဟိုက်ဒရိုက်ဓာတ်ငွေ့ N ဓာတ်ငွေ့ကို သင့်လျော်သောအပူချိန်တွင် အလွှာသို့ ထောက်ပံ့ပေးပြီး လိုအပ်သော တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းကို ထုတ်လုပ်ရန် ဓာတုဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုကို ခံယူကာ ကျန်ရှိနေသော ဒြပ်ပေါင်းများနှင့် ဓာတ်ပြုထုတ်ကုန်များကို ထုတ်လွှတ်စဉ်တွင် အလွှာပေါ်တွင် အပ်နှံထားသည်။
အငွေ့အဆင့် ဖုံးအုပ်ခြင်း (VPE): အငွေ့အဆင့် ဖုံးအုပ်ခြင်းသည် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ ထုတ်လုပ်ရာတွင် အသုံးများသော အရေးကြီးသော နည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သည်။ အခြေခံမူမှာ ဒြပ်စင်ပစ္စည်းများ သို့မဟုတ် ဒြပ်ပေါင်းများ၏ အငွေ့ကို သယ်ဆောင်ပေးသည့်ဓာတ်ငွေ့တွင် သယ်ယူပို့ဆောင်ပြီး ဓာတုဓာတ်ပြုမှုများမှတစ်ဆင့် အလွှာပေါ်တွင် ပုံဆောင်ခဲများကို သိမ်းဆည်းရန်ဖြစ်သည်။
epitaxy လုပ်ငန်းစဉ်က ဘယ်လိုပြဿနာတွေကို ဖြေရှင်းပေးသလဲ။
အစုလိုက်အပြုံလိုက် single crystal ပစ္စည်းများသည် အမျိုးမျိုးသော semiconductor devices များ ထုတ်လုပ်ရာတွင် တိုးပွားလာနေသော လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်ခြင်း မရှိပါ။ ထို့ကြောင့် ၁၉၅၉ ခုနှစ်ကုန်တွင် ပါးလွှာသော single crystal ပစ္စည်းကြီးထွားမှုနည်းပညာဖြစ်သည့် epitaxial growth ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ ဒါဆိုရင် epitaxy နည်းပညာက ပစ္စည်းတွေရဲ့ တိုးတက်မှုအတွက် ဘယ်လိုထူးခြားတဲ့ ပံ့ပိုးကူညီမှု ရှိပါသလဲ။
ဆီလီကွန်အတွက်၊ ဆီလီကွန် epitaxial ကြီးထွားမှုနည်းပညာစတင်ချိန်တွင် ဆီလီကွန် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းနှင့် မြင့်မားသောပါဝါထရန်စစ္စတာများထုတ်လုပ်မှုအတွက် အမှန်တကယ်ခက်ခဲသောအချိန်ဖြစ်သည်။ ထရန်စစ္စတာနိယာမများ၏ရှုထောင့်မှကြည့်လျှင် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းနှင့် မြင့်မားသောပါဝါရရှိရန်၊ collector ဧရိယာ၏ breakdown voltage မြင့်မားရမည်ဖြစ်ပြီး series resistance နည်းပါးရမည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ saturation voltage drop နည်းပါးရမည်။ ပထမတစ်ခုသည် collecting area ရှိပစ္စည်း၏ resistivity မြင့်မားရမည်ဖြစ်ပြီး၊ ဒုတိယတစ်ခုသည် collecting area ရှိပစ္စည်း၏ resistivity နည်းပါးရမည်။ ဤအချက်နှစ်ချက်သည် တစ်ခုနှင့်တစ်ခု ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်သည်။ collector area ရှိပစ္စည်း၏အထူကို series resistance လျှော့ချရန်လျှော့ချပါက ဆီလီကွန် wafer သည် အလွန်ပါးလွှာပြီး ပျက်စီးလွယ်သောကြောင့် စီမံဆောင်ရွက်ရန်ခက်ခဲလိမ့်မည်။ ပစ္စည်း၏ resistivity လျော့နည်းပါက ပထမလိုအပ်ချက်နှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်လိမ့်မည်။ သို့သော် epitaxial နည်းပညာဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် အောင်မြင်ခဲ့ပြီး ဤအခက်အခဲကို ဖြေရှင်းနိုင်ခဲ့သည်။
ဖြေရှင်းချက်- အလွန်နိမ့်သော ခုခံမှုရှိသော အလွှာပေါ်တွင် မြင့်မားသော ခုခံမှုရှိသော epitaxial အလွှာကို ကြီးထွားစေပြီး epitaxial အလွှာပေါ်တွင် ကိရိယာကို ပြုလုပ်ပါ။ ဤ မြင့်မားသော ခုခံမှုရှိသော epitaxial အလွှာသည် ပြွန်တွင် မြင့်မားသော breakdown voltage ရှိကြောင်း သေချာစေပြီး နိမ့်သော ခုခံမှုရှိသော အလွှာသည် အလွှာ၏ ခုခံမှုကိုလည်း လျှော့ချပေးသောကြောင့် saturation voltage drop ကို လျှော့ချပေးပြီး နှစ်ခုကြား ဆန့်ကျင်ဘက်ကို ဖြေရှင်းပေးသည်။
ထို့အပြင်၊ GaAs ၏ vapor phase epitaxy နှင့် liquid phase epitaxy နှင့် အခြား III-V၊ II-VI နှင့် အခြားမော်လီကျူးဒြပ်ပေါင်း semiconductor ပစ္စည်းများကိုလည်း များစွာတီထွင်ခဲ့ပြီး မိုက်ခရိုဝေ့ဖ်ကိရိယာများ၊ optoelectronic ကိရိယာများ၊ ပါဝါအတွက် အခြေခံဖြစ်လာခဲ့သည်။ ၎င်းသည် ကိရိယာများထုတ်လုပ်မှုအတွက် မရှိမဖြစ်လိုအပ်သော လုပ်ငန်းစဉ်နည်းပညာတစ်ခုဖြစ်ပြီး၊ အထူးသဖြင့် မော်လီကျူးရောင်ခြည်နှင့် သတ္တုအော်ဂဲနစ်အငွေ့အဆင့် epitaxy နည်းပညာကို အလွှာပါးများ၊ superlattices၊ quantum wells၊ strained superlattices နှင့် atomic-level thin-layer epitaxy တို့တွင် အောင်မြင်စွာအသုံးချခြင်းသည် semiconductor သုတေသနတွင် ခြေလှမ်းသစ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤနယ်ပယ်တွင် “energy belt engineering” ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် ခိုင်မာသောအုတ်မြစ်ချပေးခဲ့သည်။
လက်တွေ့အသုံးချမှုများတွင်၊ wide bandgap semiconductor devices များကို epitaxial layer တွင် အများအားဖြင့် ပြုလုပ်လေ့ရှိပြီး silicon carbide wafer ကိုယ်တိုင်က substrate အဖြစ်သာ ဆောင်ရွက်ပါသည်။ ထို့ကြောင့် epitaxial layer ကို ထိန်းချုပ်ခြင်းသည် wide bandgap semiconductor လုပ်ငန်း၏ အရေးကြီးသော အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။
epitaxy နည်းပညာတွင် အဓိကကျွမ်းကျင်မှု ၇ ခု
၁။ ခံနိုင်ရည်မြင့်မားသော (နိမ့်သော) epitaxial အလွှာများကို ခံနိုင်ရည်နိမ့်သော (မြင့်မားသော) substrates များပေါ်တွင် epitaxial ဖြင့် ကြီးထွားစေနိုင်သည်။
၂။ N (P) အမျိုးအစား epitaxial အလွှာကို P (N) အမျိုးအစား အလွှာပေါ်တွင် epitaxially ကြီးထွားစေပြီး PN junction ကို တိုက်ရိုက်ဖွဲ့စည်းနိုင်သည်။ single crystal substrate ပေါ်တွင် PN junction ပြုလုပ်ရန် diffusion နည်းလမ်းကို အသုံးပြုသောအခါ compensation ပြဿနာမရှိပါ။
၃။ မျက်နှာဖုံးနည်းပညာနှင့် ပေါင်းစပ်လိုက်သောအခါ၊ ရွေးချယ်ထားသော epitaxial ကြီးထွားမှုကို သတ်မှတ်ထားသောနေရာများတွင် လုပ်ဆောင်ပြီး အထူးဖွဲ့စည်းပုံများပါရှိသော ပေါင်းစပ်ဆားကစ်များနှင့် စက်ပစ္စည်းများ ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် အခြေအနေများကို ဖန်တီးပေးသည်။
၄။ epitaxial ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း doping အမျိုးအစားနှင့် செறிவுကို လိုအပ်ချက်များအလိုက် ပြောင်းလဲနိုင်သည်။ செறிவுပြောင်းလဲမှုသည် ရုတ်တရက်ပြောင်းလဲမှု သို့မဟုတ် ဖြည်းဖြည်းချင်းပြောင်းလဲမှု ဖြစ်နိုင်သည်။
၅။ ၎င်းသည် မျိုးကွဲများစွာပါဝင်သော၊ အလွှာများစွာပါသော၊ အစိတ်အပိုင်းများစွာပါသော ဒြပ်ပေါင်းများနှင့် ကွဲပြားသော အစိတ်အပိုင်းများပါရှိသော အလွန်ပါးလွှာသော အလွှာများကို ကြီးထွားစေနိုင်သည်။
၆။ ပစ္စည်း၏ အရည်ပျော်မှတ်ထက် နိမ့်သော အပူချိန်တွင် Epitaxial ကြီးထွားမှုကို လုပ်ဆောင်နိုင်ပြီး၊ ကြီးထွားမှုနှုန်းကို ထိန်းချုပ်နိုင်ပြီး၊ အက်တမ်အဆင့် အထူ၏ epitaxial ကြီးထွားမှုကို ရရှိနိုင်မည်ဖြစ်သည်။
၇။ ၎င်းသည် ဆွဲထုတ်၍မရသော GaN၊ tertiary နှင့် quaternary ဒြပ်ပေါင်းများ၏ single crystal layers များ စသည်တို့ကို ကြီးထွားစေနိုင်သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၄ ခုနှစ်၊ မေလ ၁၃ ရက်