අර්ධ සන්නායක උපාංගවලට එපිටැක්සියල් ස්ථර උපකාරී වන්නේ කෙසේද?

එපිටැක්සියල් වේෆර් යන නාමයේ ආරම්භය

පළමුව, කුඩා සංකල්පයක් ප්‍රචලිත කරමු: වේෆර් සකස් කිරීම සඳහා ප්‍රධාන සබැඳි දෙකක් ඇතුළත් වේ: උපස්ථර සකස් කිරීම සහ එපිටැක්සියල් ක්‍රියාවලිය. උපස්ථරය යනු අර්ධ සන්නායක තනි ස්ඵටික ද්‍රව්‍යයකින් සාදන ලද වේෆරයකි. උපස්ථරයට අර්ධ සන්නායක උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා වේෆර් නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට සෘජුවම ඇතුළු විය හැකිය, නැතහොත් එපිටැක්සියල් වේෆර් නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා එපිටැක්සියල් ක්‍රියාවලීන් මගින් එය සැකසිය හැකිය. එපිටැක්සි යනු කැපීම, ඇඹරීම, ඔප දැමීම යනාදිය මගින් ප්‍රවේශමෙන් සකස් කරන ලද තනි ස්ඵටික උපස්ථරයක් මත තනි ස්ඵටිකයේ නව තට්ටුවක් වැඩීමේ ක්‍රියාවලියයි. නව තනි ස්ඵටික උපස්ථරයට සමාන ද්‍රව්‍යයක් විය හැකිය, නැතහොත් එය වෙනස් ද්‍රව්‍යයක් (සමජාතීය) එපිටැක්සි හෝ විෂම එපිටැක්සි විය හැකිය). නව තනි ස්ඵටික ස්ථරය උපස්ථරයේ ස්ඵටික අවධිය අනුව දිගු වී වර්ධනය වන නිසා, එය එපිටැක්සියල් ස්ථරයක් ලෙස හැඳින්වේ (ඝනකම සාමාන්‍යයෙන් මයික්‍රෝන කිහිපයක් වේ, සිලිකන් උදාහරණයක් ලෙස ගනී: සිලිකන් එපිටැක්සියල් වර්ධනයේ අර්ථය නිශ්චිත ස්ඵටික දිශානතියක් සහිත සිලිකන් තනි ස්ඵටික උපස්ථරයක් මත වේ. හොඳ දැලිස් ව්‍යුහ අඛණ්ඩතාව සහ විවිධ ප්‍රතිරෝධකතාව සහ ඝනකම සහිත ස්ඵටික තට්ටුවක් උපස්ථරය වගා කරන ලද ආකාරයටම එකම ස්ඵටික දිශානතිය සමඟ), සහ එපිටැක්සියල් ස්ථරය සහිත උපස්ථරය එපිටැක්සියල් වේෆරයක් ලෙස හැඳින්වේ (එපිටැක්සියල් වේෆර් = එපිටැක්සියල් ස්ථරය + උපස්ථරය). උපාංගය එපිටැක්සියල් ස්ථරය මත සාදන විට, එය ධනාත්මක එපිටැක්සිය ලෙස හැඳින්වේ. උපාංගය උපස්ථරය මත සාදා ඇත්නම්, එය ප්‍රතිලෝම එපිටැක්සියල් ලෙස හැඳින්වේ. මෙම අවස්ථාවේදී, එපිටැක්සියල් ස්ථරය ඉටු කරන්නේ ආධාරක කාර්යභාරයක් පමණි.

ඔප දැමූ වේෆර්

එපිටැක්සියල් වර්ධන ක්‍රම

අණුක කදම්භ එපිටැක්සි (MBE): එය අතිශය ඉහළ රික්තක තත්වයන් යටතේ සිදු කරන අර්ධ සන්නායක එපිටැක්සියල් වර්ධන තාක්ෂණයකි. මෙම තාක්ෂණයේදී, මූලාශ්‍ර ද්‍රව්‍ය පරමාණු හෝ අණු කදම්භයක ස්වරූපයෙන් වාෂ්ප වී පසුව ස්ඵටිකරූපී උපස්ථරයක් මත තැන්පත් කරනු ලැබේ. MBE යනු පරමාණුක මට්ටමින් තැන්පත් කරන ලද ද්‍රව්‍යවල ඝණකම නිශ්චිතවම පාලනය කළ හැකි ඉතා නිරවද්‍ය සහ පාලනය කළ හැකි අර්ධ සන්නායක තුනී පටල වර්ධන තාක්ෂණයකි.
ලෝහ කාබනික CVD (MOCVD): MOCVD ක්‍රියාවලියේදී, අවශ්‍ය මූලද්‍රව්‍ය අඩංගු කාබනික ලෝහ සහ හයිඩ්‍රයිඩ් වායු N වායුව සුදුසු උෂ්ණත්වයකදී උපස්ථරයට සපයනු ලැබේ, අවශ්‍ය අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය ජනනය කිරීම සඳහා රසායනික ප්‍රතික්‍රියාවකට භාජනය වී උපස්ථරය මත තැන්පත් කරනු ලබන අතර, ඉතිරි සංයෝග සහ ප්‍රතික්‍රියා නිෂ්පාදන මුදා හරිනු ලැබේ.
වාෂ්ප අවධි එපිටැක්සි (VPE): වාෂ්ප අවධි එපිටැක්සි යනු අර්ධ සන්නායක උපාංග නිෂ්පාදනයේදී බහුලව භාවිතා වන වැදගත් තාක්‍ෂණයකි. මූලික මූලධර්මය වන්නේ වාහක වායුවක මූලද්‍රව්‍ය ද්‍රව්‍ය හෝ සංයෝගවල වාෂ්ප ප්‍රවාහනය කිරීම සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා හරහා උපස්ථරය මත ස්ඵටික තැන්පත් කිරීමයි.

එපිටැක්සි ක්‍රියාවලිය විසඳන ගැටළු මොනවාද?

විවිධ අර්ධ සන්නායක උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීමේ වර්ධනය වන අවශ්‍යතා සපුරාලිය හැක්කේ තොග තනි ස්ඵටික ද්‍රව්‍යවලට පමණි. එබැවින්, තුනී ස්ථර තනි ස්ඵටික ද්‍රව්‍ය වර්ධන තාක්ෂණයක් වන එපිටැක්සියල් වර්ධනය 1959 අවසානයේ සංවර්ධනය කරන ලදී. එසේ නම් ද්‍රව්‍යවල දියුණුවට එපිටැක්සි තාක්ෂණයෙන් ලැබෙන නිශ්චිත දායකත්වය කුමක්ද?

සිලිකන් සඳහා, සිලිකන් එපිටැක්සියල් වර්ධන තාක්ෂණය ආරම්භ වූ විට, සිලිකන් අධි-සංඛ්‍යාත සහ අධි-බල ට්‍රාන්සිස්ටර නිෂ්පාදනය සඳහා එය සැබවින්ම දුෂ්කර කාලයක් විය. ට්‍රාන්සිස්ටර මූලධර්මවල දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, ඉහළ සංඛ්‍යාත සහ ඉහළ බලය ලබා ගැනීම සඳහා, එකතු කරන්නා ප්‍රදේශයේ බිඳවැටීමේ වෝල්ටීයතාවය ඉහළ විය යුතු අතර ශ්‍රේණි ප්‍රතිරෝධය කුඩා විය යුතුය, එනම් සන්තෘප්ත වෝල්ටීයතා පහත වැටීම කුඩා විය යුතුය. පළමුවැන්න එකතු කිරීමේ ප්‍රදේශයේ ද්‍රව්‍යයේ ප්‍රතිරෝධය ඉහළ විය යුතු අතර, දෙවැන්න එකතු කිරීමේ ප්‍රදේශයේ ද්‍රව්‍යයේ ප්‍රතිරෝධය අඩු විය යුතු බව අවශ්‍ය කරයි. පළාත් දෙක එකිනෙකට පරස්පර වේ. ශ්‍රේණි ප්‍රතිරෝධය අඩු කිරීම සඳහා එකතු කරන්නා ප්‍රදේශයේ ද්‍රව්‍යයේ ඝණකම අඩු කළහොත්, සිලිකන් වේෆරය සැකසීමට ඉතා තුනී හා බිඳෙන සුළු වනු ඇත. ද්‍රව්‍යයේ ප්‍රතිරෝධය අඩු වුවහොත්, එය පළමු අවශ්‍යතාවයට පටහැනි වනු ඇත. කෙසේ වෙතත්, එපිටැක්සියල් තාක්ෂණය සංවර්ධනය කිරීම සාර්ථක වී ඇත. මෙම දුෂ්කරතාවය විසඳා ඇත.

විසඳුම: අතිශය අඩු ප්‍රතිරෝධක උපස්ථරයක් මත ඉහළ ප්‍රතිරෝධක එපිටැක්සියල් තට්ටුවක් වර්ධනය කර, උපාංගය එපිටැක්සියල් ස්ථරය මත සාදන්න. මෙම ඉහළ ප්‍රතිරෝධක එපිටැක්සියල් ස්ථරය නලයට ඉහළ බිඳවැටීමේ වෝල්ටීයතාවයක් ඇති බව සහතික කරන අතර, අඩු ප්‍රතිරෝධක උපස්ථරය එය උපස්ථරයේ ප්‍රතිරෝධය ද අඩු කරයි, එමඟින් සන්තෘප්ත වෝල්ටීයතා පහත වැටීම අඩු කරයි, එමඟින් දෙක අතර පරස්පරතාව විසඳයි.

මීට අමතරව, GaAs සහ අනෙකුත් III-V, II-VI සහ අනෙකුත් අණුක සංයෝග අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යවල වාෂ්ප අවධි එපිටැක්සි සහ ද්‍රව අවධි එපිටැක්සි වැනි එපිටැක්සි තාක්ෂණයන් ද බෙහෙවින් දියුණු වී ඇති අතර බොහෝ ක්ෂුද්‍ර තරංග උපාංග, දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග, බලය සඳහා පදනම බවට පත්ව ඇත. එය උපාංග නිෂ්පාදනය සඳහා අත්‍යවශ්‍ය ක්‍රියාවලි තාක්‍ෂණයකි, විශේෂයෙන් අණුක කදම්භ සහ ලෝහ කාබනික වාෂ්ප අවධි එපිටැක්සි තාක්‍ෂණය තුනී ස්ථර, සුපිරි දැලිස්, ක්වොන්ටම් ළිං, වික්‍රියා කරන ලද සුපිරි දැලිස් සහ පරමාණුක මට්ටමේ තුනී ස්ථර එපිටැක්සි වල සාර්ථකව යෙදීම, එය අර්ධ සන්නායක පර්යේෂණයේ නව පියවරකි. ක්ෂේත්‍රයේ “ශක්ති පටි ඉංජිනේරු විද්‍යාව” සංවර්ධනය කිරීම ශක්තිමත් පදනමක් දමා ඇත.

ප්‍රායෝගික යෙදීම් වලදී, පුළුල් කලාප පරතරය අර්ධ සන්නායක උපාංග සෑම විටම පාහේ එපිටැක්සියල් ස්ථරය මත සාදා ඇති අතර සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆරය උපස්ථරය ලෙස පමණක් සේවය කරයි. එබැවින්, එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ පාලනය පුළුල් කලාප පරතරය අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ වැදගත් කොටසකි.

එපිටැක්සි තාක්ෂණයේ ප්‍රධාන කුසලතා 7ක්

1. ඉහළ (අඩු) ප්‍රතිරෝධක එපිටැක්සියල් ස්ථර අඩු (ඉහළ) ප්‍රතිරෝධක උපස්ථර මත එපිටැක්සියල් ලෙස වගා කළ හැක.
2. N (P) වර්ගයේ එපිටැක්සියල් ස්ථරය P (N) වර්ගයේ උපස්ථරය මත එපිටැක්සියල් ලෙස වගා කර සෘජුවම PN සන්ධියක් සෑදිය හැක. තනි ස්ඵටික උපස්ථරයක් මත PN සන්ධියක් සෑදීම සඳහා විසරණ ක්‍රමය භාවිතා කිරීමේදී වන්දි ගැටළුවක් නොමැත.
3. මාස්ක් තාක්ෂණය සමඟ ඒකාබද්ධව, තෝරාගත් එපිටැක්සියල් වර්ධනය නම් කරන ලද ප්‍රදේශවල සිදු කරනු ලබන අතර, විශේෂ ව්‍යුහයන් සහිත ඒකාබද්ධ පරිපථ සහ උපාංග නිෂ්පාදනය සඳහා කොන්දේසි නිර්මාණය කරයි.
4. එපිටැක්සියල් වර්ධන ක්‍රියාවලියේදී අවශ්‍යතා අනුව මාත්‍රණ වර්ගය සහ සාන්ද්‍රණය වෙනස් කළ හැකිය. සාන්ද්‍රණයේ වෙනස හදිසි වෙනසක් හෝ මන්දගාමී වෙනසක් විය හැකිය.
5. එය විෂමජාතීය, බහු ස්ථර, බහු සංරචක සංයෝග සහ විචල්‍ය සංරචක සහිත අතිශය තුනී ස්ථර වර්ධනය කළ හැකිය.
6. ද්‍රව්‍යයේ ද්‍රවාංකයට වඩා අඩු උෂ්ණත්වයකදී එපිටැක්සියල් වර්ධනය සිදු කළ හැකි අතර, වර්ධන වේගය පාලනය කළ හැකි අතර, පරමාණුක මට්ටමේ ඝනකමේ එපිටැක්සියල් වර්ධනය ලබා ගත හැකිය.
7. එය GaN, තෘතියික සහ චතුර්ථක සංයෝගවල තනි ස්ඵටික ස්ථර ආදිය වැනි ඇද ගත නොහැකි තනි ස්ඵටික ද්‍රව්‍ය වර්ධනය කළ හැකිය.