एपिटेक्सियल तहहरूले अर्धचालक उपकरणहरूलाई कसरी मद्दत गर्छन्?

एपिटेक्सियल वेफर नामको उत्पत्ति

पहिले, एउटा सानो अवधारणालाई लोकप्रिय बनाऔं: वेफर तयारीमा दुई प्रमुख लिङ्कहरू समावेश छन्: सब्सट्रेट तयारी र एपिटेक्सियल प्रक्रिया। सब्सट्रेट अर्धचालक एकल क्रिस्टल सामग्रीबाट बनेको वेफर हो। सब्सट्रेटले अर्धचालक उपकरणहरू उत्पादन गर्न सिधै वेफर निर्माण प्रक्रियामा प्रवेश गर्न सक्छ, वा यसलाई एपिटेक्सियल प्रक्रियाहरूद्वारा प्रशोधन गरेर एपिटेक्सियल वेफरहरू उत्पादन गर्न सकिन्छ। एपिटेक्सीले एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा एकल क्रिस्टलको नयाँ तह बढाउने प्रक्रियालाई जनाउँछ जुन काट्ने, पिस्ने, पालिस गर्ने, आदि द्वारा सावधानीपूर्वक प्रशोधन गरिएको छ। नयाँ एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट जस्तै सामग्री हुन सक्छ, वा यो फरक सामग्री (समान) एपिटेक्सी वा हेटेरोएपिटेक्सी हुन सक्छ)। नयाँ एकल क्रिस्टल तह सब्सट्रेटको क्रिस्टल चरण अनुसार फैलिने र बढ्ने भएकोले, यसलाई एपिटेक्सियल तह भनिन्छ (मोटाई सामान्यतया केही माइक्रोन हुन्छ, उदाहरणको रूपमा सिलिकन लिँदै: सिलिकन एपिटेक्सियल वृद्धिको अर्थ निश्चित क्रिस्टल अभिमुखीकरण भएको सिलिकन एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा हुन्छ। राम्रो जाली संरचना अखण्डता र फरक प्रतिरोधात्मकता र मोटाई भएको क्रिस्टलको तह जसरी सब्सट्रेट बढेको हुन्छ), र एपिटेक्सियल तह भएको सब्सट्रेटलाई एपिटेक्सियल वेफर भनिन्छ (एपिटाक्सियल वेफर = एपिटेक्सियल तह + सब्सट्रेट)। जब उपकरण एपिटेक्सियल तहमा बनाइन्छ, यसलाई सकारात्मक एपिटेक्सि भनिन्छ। यदि उपकरण सब्सट्रेटमा बनाइएको छ भने, यसलाई रिभर्स एपिटेक्सि भनिन्छ। यस समयमा, एपिटेक्सियल तहले केवल सहायक भूमिका खेल्छ।

पालिस गरिएको वेफर

एपिटेक्सियल वृद्धि विधिहरू

आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE): यो एक अर्धचालक एपिटेक्सियल वृद्धि प्रविधि हो जुन अति-उच्च भ्याकुम अवस्थाहरूमा गरिन्छ। यस प्रविधिमा, स्रोत सामग्रीलाई परमाणु वा अणुहरूको किरणको रूपमा वाष्पीकरण गरिन्छ र त्यसपछि क्रिस्टलीय सब्सट्रेटमा जम्मा गरिन्छ। MBE एक धेरै सटीक र नियन्त्रणयोग्य अर्धचालक पातलो फिल्म वृद्धि प्रविधि हो जसले परमाणु स्तरमा जम्मा गरिएको सामग्रीको मोटाईलाई सटीक रूपमा नियन्त्रण गर्न सक्छ।
धातु जैविक CVD (MOCVD): MOCVD प्रक्रियामा, आवश्यक तत्वहरू भएको जैविक धातु र हाइड्राइड ग्यास N ग्यासलाई उपयुक्त तापक्रममा सब्सट्रेटमा आपूर्ति गरिन्छ, आवश्यक अर्धचालक सामग्री उत्पन्न गर्न रासायनिक प्रतिक्रिया गरिन्छ, र सब्सट्रेटमा जम्मा गरिन्छ, जबकि बाँकी यौगिकहरू र प्रतिक्रिया उत्पादनहरू डिस्चार्ज हुन्छन्।
वाष्प चरण एपिटेक्सी (VPE): वाष्प चरण एपिटेक्सी अर्धचालक उपकरणहरूको उत्पादनमा सामान्यतया प्रयोग हुने एक महत्त्वपूर्ण प्रविधि हो। आधारभूत सिद्धान्त भनेको वाहक ग्यासमा मौलिक पदार्थ वा यौगिकहरूको वाष्प ढुवानी गर्नु र रासायनिक प्रतिक्रियाहरू मार्फत सब्सट्रेटमा क्रिस्टलहरू जम्मा गर्नु हो।

एपिट्याक्सी प्रक्रियाले कस्ता समस्याहरू समाधान गर्छ?

विभिन्न अर्धचालक उपकरणहरू निर्माण गर्ने बढ्दो आवश्यकताहरू थोक एकल क्रिस्टल सामग्रीहरूले मात्र पूरा गर्न सक्दैनन्। त्यसकारण, एपिटेक्सियल वृद्धि, पातलो-तह एकल क्रिस्टल सामग्री वृद्धि प्रविधि, १९५९ को अन्त्यमा विकसित गरिएको थियो। त्यसोभए सामग्रीको उन्नतिमा एपिटेक्सी प्रविधिको के विशिष्ट योगदान छ?

सिलिकनको लागि, जब सिलिकन एपिटेक्सियल ग्रोथ टेक्नोलोजी सुरु भयो, त्यो सिलिकन उच्च-फ्रिक्वेन्सी र उच्च-पावर ट्रान्जिस्टरहरूको उत्पादनको लागि साँच्चै कठिन समय थियो। ट्रान्जिस्टर सिद्धान्तहरूको दृष्टिकोणबाट, उच्च आवृत्ति र उच्च शक्ति प्राप्त गर्न, कलेक्टर क्षेत्रको ब्रेकडाउन भोल्टेज उच्च हुनुपर्छ र श्रृंखला प्रतिरोध सानो हुनुपर्छ, अर्थात्, संतृप्ति भोल्टेज ड्रप सानो हुनुपर्छ। पहिलोलाई सङ्कलन क्षेत्रमा सामग्रीको प्रतिरोधात्मकता उच्च हुनुपर्छ, जबकि पछिल्लोलाई सङ्कलन क्षेत्रमा सामग्रीको प्रतिरोधात्मकता कम हुनुपर्छ। दुई प्रान्तहरू एकअर्काको विरोधाभासी छन्। यदि सङ्कलन क्षेत्रमा सामग्रीको मोटाई श्रृंखला प्रतिरोध कम गर्न घटाइयो भने, सिलिकन वेफर प्रशोधन गर्न धेरै पातलो र कमजोर हुनेछ। यदि सामग्रीको प्रतिरोधात्मकता कम गरियो भने, यो पहिलो आवश्यकताको विपरीत हुनेछ। यद्यपि, एपिटेक्सियल प्रविधिको विकास सफल भएको छ। यो कठिनाई समाधान गरियो।

समाधान: अत्यन्तै कम प्रतिरोधी सब्सट्रेटमा उच्च प्रतिरोधी एपिटेक्सियल तह बढाउनुहोस्, र एपिटेक्सियल तहमा उपकरण बनाउनुहोस्। यो उच्च प्रतिरोधी एपिटेक्सियल तहले ट्यूबमा उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज छ भनी सुनिश्चित गर्दछ, जबकि कम प्रतिरोधी सब्सट्रेटले सब्सट्रेटको प्रतिरोधलाई पनि कम गर्दछ, जसले गर्दा संतृप्ति भोल्टेज ड्रप कम हुन्छ, जसले गर्दा दुई बीचको विरोधाभास समाधान हुन्छ।

यसका साथै, GaAs र अन्य III-V, II-VI र अन्य आणविक यौगिक अर्धचालक सामग्रीहरूको वाष्प चरण एपिटेक्सी र तरल चरण एपिटेक्सी जस्ता एपिटेक्सी प्रविधिहरू पनि धेरै विकसित भएका छन् र धेरैजसो माइक्रोवेभ उपकरणहरू, अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू, पावरको लागि आधार बनेका छन्। यो उपकरणहरूको उत्पादनको लागि एक अपरिहार्य प्रक्रिया प्रविधि हो, विशेष गरी पातलो तहहरू, सुपरल्याटिसहरू, क्वान्टम इनारहरू, स्ट्रेन्ड सुपरल्याटिसहरू, र आणविक-स्तर पातलो-तह एपिटेक्सीमा आणविक बीम र धातु जैविक वाष्प चरण एपिटेक्सी प्रविधिको सफल प्रयोग, जुन अर्धचालक अनुसन्धानमा एक नयाँ चरण हो। क्षेत्रमा "ऊर्जा बेल्ट इन्जिनियरिङ" को विकासले ठोस जग बसालेको छ।

व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, चौडा ब्यान्डग्याप अर्धचालक उपकरणहरू लगभग सधैं एपिटेक्सियल तहमा बनाइन्छ, र सिलिकन कार्बाइड वेफर आफैंले केवल सब्सट्रेटको रूपमा काम गर्दछ। त्यसकारण, एपिटेक्सियल तहको नियन्त्रण चौडा ब्यान्डग्याप अर्धचालक उद्योगको एक महत्त्वपूर्ण भाग हो।

एपिटाक्सी प्रविधिमा ७ प्रमुख सीपहरू

१. उच्च (कम) प्रतिरोधी एपिटेक्सियल तहहरू कम (उच्च) प्रतिरोधी सब्सट्रेटहरूमा एपिटेक्सियली रूपमा उब्जाउन सकिन्छ।
२. N (P) प्रकारको एपिटेक्सियल तहलाई P (N) प्रकारको सब्सट्रेटमा एपिटेक्सियली रूपमा बढाउन सकिन्छ जसले गर्दा सिधै PN जंक्शन बनाउन सकिन्छ। एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा PN जंक्शन बनाउन प्रसार विधि प्रयोग गर्दा कुनै क्षतिपूर्ति समस्या हुँदैन।
३. मास्क प्रविधिसँग मिलाएर, तोकिएका क्षेत्रहरूमा चयनात्मक एपिटेक्सियल वृद्धि गरिन्छ, जसले विशेष संरचना भएका एकीकृत सर्किट र उपकरणहरूको उत्पादनको लागि अवस्था सिर्जना गर्दछ।
४. एपिटेक्सियल वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा डोपिङको प्रकार र सांद्रता आवश्यकता अनुसार परिवर्तन गर्न सकिन्छ। सांद्रतामा परिवर्तन अचानक परिवर्तन वा ढिलो परिवर्तन हुन सक्छ।
५. यसले विविध, बहु-स्तरित, बहु-घटक यौगिकहरू र परिवर्तनशील घटकहरू भएका अति-पातलो तहहरू बढाउन सक्छ।
६. एपिटेक्सियल वृद्धि सामग्रीको पग्लने बिन्दु भन्दा कम तापक्रममा गर्न सकिन्छ, वृद्धि दर नियन्त्रणयोग्य छ, र परमाणु-स्तर मोटाईको एपिटेक्सियल वृद्धि प्राप्त गर्न सकिन्छ।
७. यसले तान्न नसकिने एकल क्रिस्टल सामग्रीहरू बढाउन सक्छ, जस्तै GaN, तृतीयक र चतुर्थक यौगिकहरूको एकल क्रिस्टल तहहरू, आदि।