ఎపిటాక్సియల్ పొరలు సెమీకండక్టర్ పరికరాలకు ఎలా సహాయపడతాయి?

ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్ అనే పేరు యొక్క మూలం

ముందుగా, ఒక చిన్న భావనను ప్రాచుర్యం పొందేలా చేద్దాం: వేఫర్ తయారీలో రెండు ప్రధాన లింకులు ఉన్నాయి: సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ. సబ్‌స్ట్రేట్ అనేది సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్‌తో తయారు చేయబడిన వేఫర్. సబ్‌స్ట్రేట్ నేరుగా వేఫర్ తయారీ ప్రక్రియలోకి ప్రవేశించి సెమీకండక్టర్ పరికరాలను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు లేదా ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియల ద్వారా ప్రాసెస్ చేయవచ్చు. ఎపిటాక్సీ అనేది కత్తిరించడం, గ్రైండింగ్ చేయడం, పాలిషింగ్ చేయడం మొదలైన వాటి ద్వారా జాగ్రత్తగా ప్రాసెస్ చేయబడిన ఒకే క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై సింగిల్ క్రిస్టల్ యొక్క కొత్త పొరను పెంచే ప్రక్రియను సూచిస్తుంది. కొత్త సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్ వలె అదే పదార్థం కావచ్చు లేదా అది వేరే పదార్థం (సజాతీయ) ఎపిటాక్సీ లేదా హెటెరోఎపిటాక్సీ కావచ్చు). కొత్త సింగిల్ క్రిస్టల్ పొర సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క క్రిస్టల్ దశ ప్రకారం విస్తరించి పెరుగుతుంది కాబట్టి, దీనిని ఎపిటాక్సియల్ పొర అంటారు (మందం సాధారణంగా కొన్ని మైక్రాన్లు, సిలికాన్‌ను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే: సిలికాన్ ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల యొక్క అర్థం ఒక నిర్దిష్ట క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్‌తో సిలికాన్ సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఉంటుంది. మంచి లాటిస్ స్ట్రక్చర్ సమగ్రత మరియు విభిన్న రెసిస్టివిటీ మరియు మందం కలిగిన క్రిస్టల్ పొర, సబ్‌స్ట్రేట్ పెరిగిన అదే క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్‌తో), మరియు ఎపిటాక్సియల్ పొరతో ఉన్న సబ్‌స్ట్రేట్‌ను ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్ (ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్ = ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ + సబ్‌స్ట్రేట్) అంటారు. పరికరాన్ని ఎపిటాక్సియల్ పొరపై తయారు చేసినప్పుడు, దానిని పాజిటివ్ ఎపిటాక్సి అంటారు. పరికరాన్ని సబ్‌స్ట్రేట్‌పై తయారు చేస్తే, దానిని రివర్స్ ఎపిటాక్సి అంటారు. ఈ సమయంలో, ఎపిటాక్సియల్ పొర సహాయక పాత్రను మాత్రమే పోషిస్తుంది.

పాలిష్ చేసిన వేఫర్

ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల పద్ధతులు

మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE): ఇది అల్ట్రా-హై వాక్యూమ్ పరిస్థితులలో నిర్వహించబడే సెమీకండక్టర్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ. ఈ టెక్నిక్‌లో, మూల పదార్థం అణువులు లేదా అణువుల పుంజం రూపంలో ఆవిరైపోతుంది మరియు తరువాత స్ఫటికాకార ఉపరితలంపై జమ చేయబడుతుంది. MBE అనేది చాలా ఖచ్చితమైన మరియు నియంత్రించదగిన సెమీకండక్టర్ సన్నని పొర పెరుగుదల సాంకేతికత, ఇది అణు స్థాయిలో నిక్షేపిత పదార్థం యొక్క మందాన్ని ఖచ్చితంగా నియంత్రించగలదు.
లోహ సేంద్రీయ CVD (MOCVD): MOCVD ప్రక్రియలో, అవసరమైన మూలకాలను కలిగి ఉన్న సేంద్రీయ లోహం మరియు హైడ్రైడ్ వాయువు N వాయువును తగిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉపరితలానికి సరఫరా చేస్తారు, అవసరమైన సెమీకండక్టర్ పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి రసాయన ప్రతిచర్యకు లోనవుతారు మరియు మిగిలిన సమ్మేళనాలు మరియు ప్రతిచర్య ఉత్పత్తులు విడుదలయ్యే వరకు ఉపరితలంపై జమ చేయబడతాయి.
ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ (VPE): ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ అనేది సెమీకండక్టర్ పరికరాల ఉత్పత్తిలో సాధారణంగా ఉపయోగించే ఒక ముఖ్యమైన సాంకేతికత. మూలక పదార్థాలు లేదా సమ్మేళనాల ఆవిరిని క్యారియర్ వాయువులో రవాణా చేయడం మరియు రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా ఉపరితలంపై స్ఫటికాలను జమ చేయడం ప్రాథమిక సూత్రం.

ఎపిటాక్సీ ప్రక్రియ ఏ సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది?

వివిధ సెమీకండక్టర్ పరికరాల తయారీకి పెరుగుతున్న అవసరాలను బల్క్ సింగిల్ క్రిస్టల్ పదార్థాలు మాత్రమే తీర్చలేవు. అందువల్ల, ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్, ఒక సన్నని-పొర సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ, 1959 చివరిలో అభివృద్ధి చేయబడింది. కాబట్టి ఎపిటాక్సీ టెక్నాలజీ పదార్థాల పురోగతికి ఎలాంటి నిర్దిష్ట సహకారాన్ని అందిస్తుంది?

సిలికాన్ విషయానికొస్తే, సిలికాన్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ ప్రారంభమైనప్పుడు, సిలికాన్ హై-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు హై-పవర్ ట్రాన్సిస్టర్‌ల ఉత్పత్తికి ఇది నిజంగా కష్టమైన సమయం. ట్రాన్సిస్టర్ సూత్రాల దృక్కోణం నుండి, అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు అధిక శక్తిని పొందడానికి, కలెక్టర్ ప్రాంతం యొక్క బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉండాలి మరియు సిరీస్ రెసిస్టెన్స్ చిన్నగా ఉండాలి, అంటే, సంతృప్త వోల్టేజ్ డ్రాప్ చిన్నగా ఉండాలి. మునుపటిది సేకరించే ప్రాంతంలో పదార్థం యొక్క రెసిస్టివిటీ ఎక్కువగా ఉండాలని కోరుతుంది, అయితే రెండోది సేకరించే ప్రాంతంలో పదార్థం యొక్క రెసిస్టివిటీ తక్కువగా ఉండాలని కోరుతుంది. రెండు ప్రావిన్సులు ఒకదానికొకటి విరుద్ధంగా ఉంటాయి. సిరీస్ రెసిస్టెన్స్‌ను తగ్గించడానికి కలెక్టర్ ప్రాంతంలోని పదార్థం యొక్క మందాన్ని తగ్గించినట్లయితే, సిలికాన్ వేఫర్ ప్రాసెస్ చేయడానికి చాలా సన్నగా మరియు పెళుసుగా ఉంటుంది. పదార్థం యొక్క రెసిస్టివిటీ తగ్గితే, అది మొదటి అవసరానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. అయితే, ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి విజయవంతమైంది. ఈ కష్టాన్ని పరిష్కరించింది.

పరిష్కారం: చాలా తక్కువ-నిరోధకత కలిగిన ఉపరితలంపై అధిక-నిరోధకత కలిగిన ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచి, పరికరాన్ని ఎపిటాక్సియల్ పొరపై తయారు చేయండి. ఈ అధిక-నిరోధకత కలిగిన ఎపిటాక్సియల్ పొర ట్యూబ్‌కు అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ ఉందని నిర్ధారిస్తుంది, అయితే తక్కువ-నిరోధకత కలిగిన ఉపరితలం ఇది ఉపరితల నిరోధకతను కూడా తగ్గిస్తుంది, తద్వారా సంతృప్త వోల్టేజ్ తగ్గుదలను తగ్గిస్తుంది, తద్వారా రెండింటి మధ్య వైరుధ్యాన్ని పరిష్కరిస్తుంది.

అదనంగా, GaAs మరియు ఇతర III-V, II-VI మరియు ఇతర మాలిక్యులర్ కాంపౌండ్ సెమీకండక్టర్ పదార్థాల యొక్క ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ మరియు ద్రవ దశ ఎపిటాక్సీ వంటి ఎపిటాక్సీ సాంకేతికతలు కూడా బాగా అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి మరియు చాలా మైక్రోవేవ్ పరికరాలు, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు, శక్తికి ఆధారం అయ్యాయి. పరికరాల ఉత్పత్తికి ఇది ఒక అనివార్యమైన ప్రక్రియ సాంకేతికత, ముఖ్యంగా సన్నని పొరలు, సూపర్‌లాటిస్‌లు, క్వాంటం బావులు, స్ట్రెయిన్డ్ సూపర్‌లాటిస్‌లు మరియు అణు-స్థాయి సన్నని-పొర ఎపిటాక్సీలలో మాలిక్యులర్ బీమ్ మరియు మెటల్ ఆర్గానిక్ ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ సాంకేతికత యొక్క విజయవంతమైన అప్లికేషన్, ఇది సెమీకండక్టర్ పరిశోధనలో ఒక కొత్త అడుగు. ఈ రంగంలో "ఎనర్జీ బెల్ట్ ఇంజనీరింగ్" అభివృద్ధి దృఢమైన పునాది వేసింది.

ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పరికరాలు దాదాపు ఎల్లప్పుడూ ఎపిటాక్సియల్ పొరపై తయారు చేయబడతాయి మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ వేఫర్ మాత్రమే సబ్‌స్ట్రేట్‌గా పనిచేస్తుంది. అందువల్ల, ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క నియంత్రణ వైడ్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ఒక ముఖ్యమైన భాగం.

ఎపిటాక్సీ టెక్నాలజీలో 7 ప్రధాన నైపుణ్యాలు

1. అధిక (తక్కువ) నిరోధక ఎపిటాక్సియల్ పొరలను తక్కువ (అధిక) నిరోధక ఉపరితలాలపై ఎపిటాక్సియల్‌గా పెంచవచ్చు.
2. N (P) రకం ఎపిటాక్సియల్ పొరను P (N) రకం ఉపరితలంపై ఎపిటాక్సియల్‌గా పెంచి నేరుగా PN జంక్షన్‌ను ఏర్పరచవచ్చు. ఒకే క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై PN జంక్షన్ చేయడానికి విస్తరణ పద్ధతిని ఉపయోగించినప్పుడు ఎటువంటి పరిహార సమస్య ఉండదు.
3. మాస్క్ టెక్నాలజీతో కలిపి, సెలెక్టివ్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ నియమించబడిన ప్రాంతాలలో నిర్వహించబడుతుంది, ప్రత్యేక నిర్మాణాలతో ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు మరియు పరికరాల ఉత్పత్తికి పరిస్థితులను సృష్టిస్తుంది.
4. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల ప్రక్రియలో అవసరాలకు అనుగుణంగా డోపింగ్ రకం మరియు గాఢతను మార్చుకోవచ్చు. గాఢతలో మార్పు ఆకస్మిక మార్పు లేదా నెమ్మదిగా జరిగే మార్పు కావచ్చు.
5. ఇది వేరియబుల్ భాగాలతో వైవిధ్యభరితమైన, బహుళ-పొరలు, బహుళ-భాగాల సమ్మేళనాలు మరియు అతి సన్నని పొరలను పెంచుతుంది.
6. పదార్థం యొక్క ద్రవీభవన స్థానం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిని నిర్వహించవచ్చు, వృద్ధి రేటు నియంత్రించదగినది మరియు పరమాణు-స్థాయి మందం యొక్క ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిని సాధించవచ్చు.
7. ఇది లాగలేని ఒకే క్రిస్టల్ పదార్థాలను పెంచగలదు, ఉదాహరణకు GaN, తృతీయ మరియు చతుర్భుజ సమ్మేళనాల సింగిల్ క్రిస్టల్ పొరలు మొదలైనవి.