কীভাবে এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলিকে সাহায্য করে?

এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার নামের উৎপত্তি

প্রথমে, আসুন একটি ছোট ধারণা জনপ্রিয় করা যাক: ওয়েফার প্রস্তুতিতে দুটি প্রধান লিঙ্ক রয়েছে: সাবস্ট্রেট প্রস্তুতি এবং এপিটাক্সিয়াল প্রক্রিয়া। সাবস্ট্রেট হল সেমিকন্ডাক্টর একক স্ফটিক উপাদান দিয়ে তৈরি একটি ওয়েফার। অর্ধপরিবাহী ডিভাইসগুলি তৈরি করতে সাবস্ট্রেটটি সরাসরি ওয়েফার উত্পাদন প্রক্রিয়াতে প্রবেশ করতে পারে বা এটি এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার তৈরি করতে এপিটাক্সিয়াল প্রক্রিয়া দ্বারা প্রক্রিয়া করা যেতে পারে। এপিটাক্সি বলতে একটি একক ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটের উপর একক ক্রিস্টালের একটি নতুন স্তর বৃদ্ধির প্রক্রিয়াকে বোঝায় যা সাবধানে কাটা, গ্রাইন্ডিং, পলিশিং ইত্যাদির মাধ্যমে প্রক্রিয়া করা হয়েছে। নতুন একক স্ফটিকটি সাবস্ট্রেটের মতো একই উপাদান হতে পারে, অথবা এটি হতে পারে বিভিন্ন উপাদান (সমজাতীয়) এপিটাক্সি বা হেটেরোপিটাক্সি)। যেহেতু নতুন একক ক্রিস্টাল স্তরটি সাবস্ট্রেটের স্ফটিক পর্যায় অনুসারে প্রসারিত এবং বৃদ্ধি পায়, এটিকে একটি এপিটাক্সিয়াল স্তর বলা হয় (বেধটি সাধারণত কয়েক মাইক্রন হয়, একটি উদাহরণ হিসাবে সিলিকন গ্রহণ করা হয়: সিলিকন এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির অর্থ একটি সিলিকন একক উপর। একটি নির্দিষ্ট স্ফটিক স্থিতিবিন্যাস সঙ্গে স্ফটিক স্তর ভাল জালি গঠন অখণ্ডতা এবং সঙ্গে বিভিন্ন রোধ এবং বেধ সাবস্ট্রেটের মতো একই স্ফটিক অভিযোজন, এবং এপিটাক্সিয়াল স্তর সহ সাবস্ট্রেটকে এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার (এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার = এপিটাক্সিয়াল লেয়ার + সাবস্ট্রেট) বলা হয়। যন্ত্রটি যখন এপিটাক্সিয়াল স্তরে তৈরি হয় তখন একে পজিটিভ এপিটাক্সি বলে। যন্ত্রটি যদি সাবস্ট্রেটের উপর তৈরি করা হয় তবে একে বলা হয় বিপরীত এপিটাক্সি। এই সময়ে, এপিটাক্সিয়াল স্তর শুধুমাত্র একটি সহায়ক ভূমিকা পালন করে।

পালিশ ওয়েফার

এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির পদ্ধতি

মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE): এটি একটি সেমিকন্ডাক্টর এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ টেকনোলজি যা অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম অবস্থায় সম্পাদিত হয়। এই কৌশলে, উত্স উপাদানগুলি পরমাণু বা অণুর মরীচি আকারে বাষ্পীভূত হয় এবং তারপর একটি স্ফটিক স্তরে জমা হয়। MBE হল একটি অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য সেমিকন্ডাক্টর পাতলা ফিল্ম গ্রোথ প্রযুক্তি যা পারমাণবিক স্তরে জমা হওয়া উপাদানের পুরুত্বকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।
মেটাল অর্গানিক সিভিডি (এমওসিভিডি): এমওসিভিডি প্রক্রিয়ায়, প্রয়োজনীয় উপাদান ধারণকারী জৈব ধাতু এবং হাইড্রাইড গ্যাস এন গ্যাস একটি উপযুক্ত তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেটে সরবরাহ করা হয়, প্রয়োজনীয় সেমিকন্ডাক্টর উপাদান তৈরি করার জন্য একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া করে, এবং সাবস্ট্রেটে জমা হয়। অন, যখন অবশিষ্ট যৌগ এবং প্রতিক্রিয়া পণ্য নিষ্কাশন করা হয়.
ভ্যাপার ফেজ এপিটাক্সি (VPE): ভ্যাপার ফেজ এপিটাক্সি হল একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তি যা সাধারণত সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। মৌলিক নীতি হল বাহক গ্যাসে মৌলিক পদার্থ বা যৌগের বাষ্প পরিবহন করা এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে সাবস্ট্রেটে স্ফটিক জমা করা।

এপিটাক্সি প্রক্রিয়া কোন সমস্যার সমাধান করে?

শুধুমাত্র বাল্ক একক স্ফটিক উপকরণ বিভিন্ন সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস উত্পাদনের ক্রমবর্ধমান চাহিদা মেটাতে পারে না। অতএব, এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ, একটি পাতলা-স্তর একক স্ফটিক উপাদান বৃদ্ধির প্রযুক্তি, 1959 সালের শেষের দিকে বিকশিত হয়েছিল। তাহলে উপকরণের অগ্রগতিতে এপিটাক্সি প্রযুক্তির কোন নির্দিষ্ট অবদান আছে?

সিলিকনের জন্য, যখন সিলিকন এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ টেকনোলজি শুরু হয়েছিল, তখন সিলিকন হাই-ফ্রিকোয়েন্সি এবং হাই-পাওয়ার ট্রানজিস্টর তৈরির জন্য এটি সত্যিই একটি কঠিন সময় ছিল। ট্রানজিস্টর নীতির দৃষ্টিকোণ থেকে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ শক্তি পেতে, সংগ্রাহক এলাকার ভাঙ্গন ভোল্টেজ অবশ্যই বেশি হতে হবে এবং সিরিজ প্রতিরোধের ছোট হতে হবে, অর্থাৎ, স্যাচুরেশন ভোল্টেজ ড্রপ ছোট হতে হবে। প্রথমটির জন্য প্রয়োজন যে সংগ্রহের ক্ষেত্রে উপাদানটির প্রতিরোধ ক্ষমতা বেশি হওয়া উচিত, যখন পরেরটির প্রয়োজন যে সংগ্রহ করা এলাকায় উপাদানটির প্রতিরোধ ক্ষমতা কম হওয়া উচিত। দুটি প্রদেশ একে অপরের বিপরীত। সিরিজ প্রতিরোধ ক্ষমতা কমাতে সংগ্রাহক এলাকায় উপাদানের পুরুত্ব হ্রাস করা হলে, সিলিকন ওয়েফার প্রক্রিয়া করার জন্য খুব পাতলা এবং ভঙ্গুর হবে। যদি উপাদানের প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করা হয় তবে এটি প্রথম প্রয়োজনীয়তার সাথে বিরোধিতা করবে। তবে এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তির বিকাশ সফল হয়েছে। এই অসুবিধা সমাধান.

সমাধান: একটি অত্যন্ত কম-প্রতিরোধী স্তরে একটি উচ্চ-প্রতিরোধী এপিটাক্সিয়াল স্তর বাড়ান এবং ডিভাইসটিকে এপিটাক্সিয়াল স্তরে তৈরি করুন। এই উচ্চ-প্রতিরোধী এপিটাক্সিয়াল স্তরটি নিশ্চিত করে যে টিউবের একটি উচ্চ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ রয়েছে, অন্যদিকে নিম্ন-প্রতিরোধী স্তর এটি সাবস্ট্রেটের প্রতিরোধকেও হ্রাস করে, যার ফলে স্যাচুরেশন ভোল্টেজ ড্রপ হ্রাস করে, যার ফলে উভয়ের মধ্যে দ্বন্দ্বের সমাধান হয়।

এছাড়াও, এপিটাক্সি প্রযুক্তি যেমন বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি এবং GaAs এর তরল ফেজ এপিটাক্সি এবং অন্যান্য III-V, II-VI এবং অন্যান্য আণবিক যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর উপাদানগুলিও ব্যাপকভাবে বিকশিত হয়েছে এবং বেশিরভাগ মাইক্রোওয়েভ ডিভাইস, অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস, পাওয়ারের ভিত্তি হয়ে উঠেছে। এটি ডিভাইস উৎপাদনের জন্য একটি অপরিহার্য প্রক্রিয়া প্রযুক্তি, বিশেষ করে আণবিকের সফল প্রয়োগ বীম এবং ধাতব জৈব বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি প্রযুক্তি পাতলা স্তর, সুপারল্যাটিসেস, কোয়ান্টাম ওয়েলস, স্ট্রেনড সুপারল্যাটিস এবং পারমাণবিক-স্তরের পাতলা-স্তর এপিটাক্সি, যা সেমিকন্ডাক্টর গবেষণায় একটি নতুন পদক্ষেপ। ক্ষেত্রের "এনার্জি বেল্ট ইঞ্জিনিয়ারিং" এর বিকাশ একটি দৃঢ় ভিত্তি স্থাপন করেছে।

ব্যবহারিক প্রয়োগে, প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি প্রায় সবসময়ই এপিটাক্সিয়াল স্তরে তৈরি হয় এবং সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার নিজেই কেবলমাত্র সাবস্ট্রেট হিসাবে কাজ করে। অতএব, এপিটাক্সিয়াল স্তরের নিয়ন্ত্রণ প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ।

এপিটাক্সি প্রযুক্তিতে 7টি প্রধান দক্ষতা

1. উচ্চ (নিম্ন) প্রতিরোধের এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি কম (উচ্চ) প্রতিরোধের স্তরগুলিতে এপিটাক্সিয়ালভাবে জন্মাতে পারে।
2. N (P) টাইপ এপিটাক্সিয়াল স্তরটি সরাসরি PN জংশন গঠনের জন্য P (N) টাইপ সাবস্ট্রেটে এপিটাক্সিয়ালভাবে বৃদ্ধি পেতে পারে। একটি একক ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটে একটি পিএন জংশন তৈরি করতে ডিফিউশন পদ্ধতি ব্যবহার করার সময় কোনও ক্ষতিপূরণের সমস্যা নেই।
3. মুখোশ প্রযুক্তির সাথে মিলিত, নির্বাচনী এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি মনোনীত এলাকায় সঞ্চালিত হয়, বিশেষ কাঠামো সহ সমন্বিত সার্কিট এবং ডিভাইসগুলির উত্পাদনের জন্য শর্ত তৈরি করে।
4. এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সময় প্রয়োজন অনুসারে ডোপিংয়ের ধরন এবং ঘনত্ব পরিবর্তন করা যেতে পারে। ঘনত্বের পরিবর্তন হঠাৎ পরিবর্তন বা ধীর পরিবর্তন হতে পারে।
5. এটি পরিবর্তনশীল উপাদান সহ ভিন্নধর্মী, বহু-স্তরযুক্ত, বহু-উপাদান যৌগ এবং অতি-পাতলা স্তর বৃদ্ধি করতে পারে।
6. এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি উপাদানের গলনাঙ্কের চেয়ে কম তাপমাত্রায় সঞ্চালিত হতে পারে, বৃদ্ধির হার নিয়ন্ত্রণযোগ্য, এবং পারমাণবিক-স্তরের বেধের এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি অর্জন করা যেতে পারে।
7. এটি একক স্ফটিক পদার্থ বৃদ্ধি করতে পারে যা টানা যায় না, যেমন GaN, টারশিয়ারি এবং চতুর্মুখী যৌগের একক ক্রিস্টাল স্তর ইত্যাদি।