எபிடெக்சியல் அடுக்குகள் குறைக்கடத்தி சாதனங்களுக்கு எவ்வாறு உதவுகின்றன?

எபிடெக்சியல் வேஃபர் என்ற பெயரின் தோற்றம்

முதலில், ஒரு சிறிய கருத்தைப் புரிந்துகொள்வோம்: வேஃபர் தயாரிப்பில் இரண்டு முக்கிய அம்சங்கள் உள்ளன: அடி மூலக்கூறு தயாரிப்பு மற்றும் எபிடாக்ஸியல் செயல்முறை. அடி மூலக்கூறு என்பது குறைக்கடத்தி ஒற்றைப் படிகப் பொருளால் செய்யப்பட்ட ஒரு வேஃபர் ஆகும். குறைக்கடத்தி சாதனங்களைத் தயாரிக்க, இந்த அடி மூலக்கூறை நேரடியாக வேஃபர் உற்பத்திச் செயல்முறையில் பயன்படுத்தலாம், அல்லது எபிடாக்ஸியல் வேஃபர்களைத் தயாரிக்க எபிடாக்ஸியல் செயல்முறைகள் மூலம் பதப்படுத்தலாம். எபிடாக்ஸி என்பது, வெட்டுதல், அரைத்தல், மெருகூட்டுதல் போன்றவற்றின் மூலம் கவனமாகப் பதப்படுத்தப்பட்ட ஒரு ஒற்றைப் படிக அடி மூலக்கூறின் மீது, ஒற்றைப் படிகத்தின் ஒரு புதிய அடுக்கை வளர்க்கும் செயல்முறையைக் குறிக்கிறது. இந்த புதிய ஒற்றைப் படிகம், அடி மூலக்கூறின் அதே பொருளாக இருக்கலாம், அல்லது அது வேறுபட்ட பொருளாகவும் (ஒருபடித்தான எபிடாக்ஸி அல்லது ஹெட்டிரோஎபிடாக்ஸி) இருக்கலாம். புதிய ஒற்றைப் படிக அடுக்கு, அடி மூலக்கூறின் படிக நிலைக்கு ஏற்ப விரிவடைந்து வளர்வதால், அது எபிடாக்ஸியல் அடுக்கு என்று அழைக்கப்படுகிறது (இதன் தடிமன் பொதுவாக சில மைக்ரான்கள் ஆகும்; சிலிக்கானை உதாரணமாக எடுத்துக்கொண்டால்: சிலிக்கான் எபிடாக்ஸியல் வளர்ச்சி என்பதன் பொருள், ஒரு குறிப்பிட்ட படிக நோக்குநிலையைக் கொண்ட சிலிக்கான் ஒற்றைப் படிக அடி மூலக்கூறின் மீது, நல்ல படிகக் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாடு, வேறுபட்ட மின்தடைத்திறன் மற்றும் அதே படிக நோக்குநிலையுடன் கூடிய தடிமன் கொண்ட ஒரு படிக அடுக்கு வளர்க்கப்படுகிறது), மேலும் எபிடாக்ஸியல் அடுக்கைக் கொண்ட அடி மூலக்கூறு, எபிடாக்ஸியல் வேஃபர் என்று அழைக்கப்படுகிறது (எபிடாக்ஸியல் வேஃபர் = எபிடாக்ஸியல் அடுக்கு + அடி மூலக்கூறு). சாதனம் எபிடாக்ஸியல் அடுக்கின் மீது தயாரிக்கப்படும்போது, ​​அது நேர்மறை எபிடாக்ஸி என்று அழைக்கப்படுகிறது. சாதனம் அடி மூலக்கூறின் மீது தயாரிக்கப்பட்டால், அது தலைகீழ் எபிடாக்ஸி என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த நிலையில், எபிடாக்ஸியல் அடுக்கு ஒரு துணைப் பாத்திரத்தை மட்டுமே வகிக்கிறது.

மெருகூட்டப்பட்ட வேஃபர்

எபிடாக்ஸியல் வளர்ச்சி முறைகள்

மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்ஸி (MBE): இது மிக உயர் வெற்றிடச் சூழ்நிலைகளில் செய்யப்படும் ஒரு குறைக்கடத்தி எபிடாக்ஸியல் வளர்ச்சித் தொழில்நுட்பமாகும். இந்த நுட்பத்தில், மூலப்பொருள் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளின் கற்றை வடிவில் ஆவியாக்கப்பட்டு, பின்னர் ஒரு படிக அடி மூலக்கூறின் மீது படியவைக்கப்படுகிறது. MBE என்பது மிகவும் துல்லியமான மற்றும் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய ஒரு குறைக்கடத்தி மென்படல வளர்ச்சித் தொழில்நுட்பமாகும். இது படியவைக்கப்பட்ட பொருளின் தடிமனை அணு மட்டத்தில் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த வல்லது.
உலோக கரிம CVD (MOCVD): MOCVD செயல்முறையில், தேவையான தனிமங்களைக் கொண்ட கரிம உலோகம் மற்றும் ஹைட்ரைடு வாயுவான N வாயு ஆகியவை பொருத்தமான வெப்பநிலையில் அடி மூலக்கூறுக்கு அளிக்கப்பட்டு, ஒரு வேதிவினைக்கு உட்பட்டு தேவையான குறைக்கடத்திப் பொருளை உருவாக்குகின்றன. பின்னர் அவை அடி மூலக்கூறின் மீது படியவைக்கப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் மீதமுள்ள சேர்மங்களும் வினை விளைபொருட்களும் வெளியேற்றப்படுகின்றன.
ஆவி நிலை எபிடாக்ஸி (VPE): ஆவி நிலை எபிடாக்ஸி என்பது குறைக்கடத்தி சாதனங்களின் உற்பத்தியில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முக்கியமான தொழில்நுட்பமாகும். தனிமப் பொருட்கள் அல்லது சேர்மங்களின் ஆவியை ஒரு கடத்தி வாயுவில் கொண்டு சென்று, வேதி வினைகள் மூலம் அடி மூலக்கூறின் மீது படிகங்களைப் படிய வைப்பதே இதன் அடிப்படைக் கொள்கையாகும்.

எபிடாக்ஸி செயல்முறை என்னென்ன பிரச்சனைகளைத் தீர்க்கிறது?

பல்வேறு குறைக்கடத்தி சாதனங்களைத் தயாரிப்பதற்கான வளர்ந்து வரும் தேவைகளை, மொத்த ஒற்றைப் படிகப் பொருட்களால் மட்டும் பூர்த்தி செய்ய முடியாது. எனவே, 1959-ஆம் ஆண்டின் இறுதியில், மெல்லிய அடுக்கு ஒற்றைப் படிகப் பொருள் வளர்ச்சித் தொழில்நுட்பமான எபிடாக்ஸியல் வளர்ச்சி உருவாக்கப்பட்டது. அப்படியென்றால், பொருட்களின் முன்னேற்றத்திற்கு எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பம் என்ன குறிப்பிட்ட பங்களிப்பைக் கொண்டுள்ளது?

சிலிக்கானைப் பொறுத்தவரை, சிலிக்கான் எபிடெக்சியல் வளர்ச்சித் தொழில்நுட்பம் தொடங்கியபோது, ​​சிலிக்கான் உயர் அதிர்வெண் மற்றும் உயர் திறன் டிரான்சிஸ்டர்களின் உற்பத்திக்கு அது உண்மையிலேயே ஒரு கடினமான காலகட்டமாக இருந்தது. டிரான்சிஸ்டர் கொள்கைகளின் பார்வையில், உயர் அதிர்வெண் மற்றும் உயர் திறனைப் பெற, கலெக்டர் பகுதியின் முறிவு மின்னழுத்தம் அதிகமாகவும், தொடர் மின்தடை குறைவாகவும் இருக்க வேண்டும், அதாவது, நிறைவு மின்னழுத்த வீழ்ச்சி குறைவாக இருக்க வேண்டும். முந்தையதற்கு, கலெக்டர் பகுதியில் உள்ள பொருளின் மின்தடைத்திறன் அதிகமாக இருக்க வேண்டும், அதேசமயம் பிந்தையதற்கு, கலெக்டர் பகுதியில் உள்ள பொருளின் மின்தடைத்திறன் குறைவாக இருக்க வேண்டும். இந்த இரண்டு தேவைகளும் ஒன்றுக்கொன்று முரண்பாடானவை. தொடர் மின்தடையைக் குறைப்பதற்காக கலெக்டர் பகுதியில் உள்ள பொருளின் தடிமன் குறைக்கப்பட்டால், சிலிக்கான் வேஃபர் மிகவும் மெல்லியதாகவும், செயலாக்குவதற்கு எளிதில் உடையக்கூடியதாகவும் ஆகிவிடும். பொருளின் மின்தடைத்திறன் குறைக்கப்பட்டால், அது முதல் தேவைக்கு முரணாக அமையும். இருப்பினும், எபிடெக்சியல் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சி இந்தச் சிரமத்தை வெற்றிகரமாகத் தீர்த்துள்ளது.

தீர்வு: மிகக் குறைந்த மின்தடை கொண்ட ஒரு அடித்தளத்தின் மீது அதிக மின்தடை கொண்ட ஒரு எபிடெக்சியல் அடுக்கை வளர்த்து, அந்த எபிடெக்சியல் அடுக்கின் மீது சாதனத்தை உருவாக்கவும். இந்த அதிக மின்தடை கொண்ட எபிடெக்சியல் அடுக்கு, குழாய்க்கு உயர் முறிவு மின்னழுத்தம் இருப்பதை உறுதி செய்கிறது, அதே நேரத்தில் குறைந்த மின்தடை கொண்ட அடித்தளமானது, அடித்தளத்தின் மின்தடையையும் குறைக்கிறது, இதன் மூலம் செறிவூட்டல் மின்னழுத்த வீழ்ச்சியைக் குறைத்து, இவ்விரண்டிற்கும் இடையிலான முரண்பாட்டைத் தீர்க்கிறது.

மேலும், GaAs மற்றும் பிற III-V, II-VI மற்றும் பிற மூலக்கூறு கூட்டு குறைக்கடத்திப் பொருட்களின் ஆவி நிலை எபிடாக்ஸி மற்றும் திரவ நிலை எபிடாக்ஸி போன்ற எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பங்களும் பெரிதும் மேம்படுத்தப்பட்டு, பெரும்பாலான நுண்ணலை சாதனங்கள், ஒளியியல் மின்னணு சாதனங்கள், மின்சக்தி சாதனங்களின் உற்பத்திக்கு அடிப்படையாக விளங்கும் ஒரு இன்றியமையாத செயல்முறை தொழில்நுட்பமாக மாறியுள்ளன. குறிப்பாக, மூலக்கூறு கற்றை மற்றும் உலோக கரிம ஆவி நிலை எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தை மெல்லிய அடுக்குகள், சூப்பர்லேட்டிஸ்கள், குவாண்டம் கிணறுகள், திரிபுற்ற சூப்பர்லேட்டிஸ்கள் மற்றும் அணு நிலை மெல்லிய அடுக்கு எபிடாக்ஸி ஆகியவற்றில் வெற்றிகரமாகப் பயன்படுத்தியது, குறைக்கடத்தி ஆராய்ச்சித் துறையில் "ஆற்றல் பட்டைப் பொறியியலின்" வளர்ச்சிக்கு ஒரு புதிய படியாக அமைந்துள்ளது.

நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில், அகன்ற பட்டை இடைவெளி குறைக்கடத்தி சாதனங்கள் பெரும்பாலும் புறவளர்ச்சி அடுக்கின் மீதே உருவாக்கப்படுகின்றன, மேலும் சிலிக்கான் கார்பைடு தகடு ஒரு அடித்தளமாக மட்டுமே செயல்படுகிறது. எனவே, புறவளர்ச்சி அடுக்கைக் கட்டுப்படுத்துவது அகன்ற பட்டை இடைவெளி குறைக்கடத்தித் துறையின் ஒரு முக்கியப் பகுதியாகும்.

எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தில் 7 முக்கிய திறன்கள்

1. குறைந்த (அதிக) மின்தடை கொண்ட அடி மூலக்கூறுகளின் மீது, அதிக (குறைந்த) மின்தடை கொண்ட எபிடெக்சியல் அடுக்குகளை எபிடெக்சியல் முறையில் வளர்க்கலாம்.
2. N (P) வகை எபிடெக்சியல் அடுக்கை, P (N) வகை அடி மூலக்கூறின் மீது எபிடெக்சியல் முறையில் வளர்த்து, நேரடியாக ஒரு PN சந்திப்பை உருவாக்கலாம். ஒற்றைப் படிக அடி மூலக்கூறின் மீது பரவல் முறையைப் பயன்படுத்தி ஒரு PN சந்திப்பை உருவாக்கும்போது, ​​ஈடுசெய்வதில் எந்தச் சிக்கலும் இல்லை.
3. மாஸ்க் தொழில்நுட்பத்துடன் இணைந்து, குறிப்பிட்ட பகுதிகளில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட எபிடெக்சியல் வளர்ச்சி மேற்கொள்ளப்படுகிறது. இது, சிறப்பு கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் மற்றும் சாதனங்களின் உற்பத்திக்கான நிலைமைகளை உருவாக்குகிறது.
4. புறவளர்ச்சி செயல்முறையின் போது, ​​தேவைக்கேற்ப கலப்படத்தின் வகையையும் செறிவையும் மாற்றிக்கொள்ளலாம். இந்தச் செறிவு மாற்றம் திடீர் மாற்றமாகவோ அல்லது மெதுவான மாற்றமாகவோ இருக்கலாம்.
5. இதனால் பல்வகைப்பட்ட, பல அடுக்கு, பல கூறு சேர்மங்களையும், மாறுபடும் கூறுகளைக் கொண்ட மிக மெல்லிய அடுக்குகளையும் உருவாக்க முடியும்.
6. பொருளின் உருகுநிலையை விடக் குறைவான வெப்பநிலையில் புறவளர்ச்சியை மேற்கொள்ளலாம், வளர்ச்சி விகிதத்தைக் கட்டுப்படுத்தலாம், மேலும் அணு மட்டத் தடிமன் கொண்ட புறவளர்ச்சியையும் அடையலாம்.
7. இதனால், GaN போன்ற இழுக்க முடியாத ஒற்றைப் படிகப் பொருட்களையும், மூன்றாம் மற்றும் நான்காம் நிலைச் சேர்மங்களின் ஒற்றைப் படிக அடுக்குகளையும் வளர்க்க முடியும்.