എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളെ എങ്ങനെ സഹായിക്കുന്നു?

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ എന്ന പേരിൻ്റെ ഉത്ഭവം

ആദ്യം, നമുക്ക് ഒരു ചെറിയ ആശയം ജനകീയമാക്കാം: വേഫർ തയ്യാറാക്കലിൽ രണ്ട് പ്രധാന ലിങ്കുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു: സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് തയ്യാറാക്കലും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയയും. അർദ്ധചാലക സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയൽ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഒരു വേഫറാണ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് അടിവസ്ത്രത്തിന് നേരിട്ട് വേഫർ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയും, അല്ലെങ്കിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫറുകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് എപിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയകൾ വഴി ഇത് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാം. എപ്പിറ്റാക്സി എന്നത് ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഒരു പുതിയ പാളി വളർത്തുന്ന പ്രക്രിയയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അത് മുറിക്കുക, പൊടിക്കുക, മിനുക്കുക തുടങ്ങിയവയിലൂടെ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു. പുതിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ അതേ മെറ്റീരിയലായിരിക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ അത് വ്യത്യസ്ത മെറ്റീരിയൽ (ഹോമോജീനിയസ്) എപ്പിറ്റാക്സി അല്ലെങ്കിൽ ഹെറ്ററോപിറ്റാക്സി). പുതിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ പാളി അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘട്ടത്തിനനുസരിച്ച് വികസിക്കുകയും വളരുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ, അതിനെ ഒരു എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി എന്ന് വിളിക്കുന്നു (കനം സാധാരണയായി കുറച്ച് മൈക്രോൺ ആണ്, സിലിക്കണിനെ ഉദാഹരണമായി എടുക്കുന്നു: സിലിക്കൺ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ അർത്ഥം സിലിക്കൺ സിംഗിളിലാണ്. ഒരു നിശ്ചിത ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയൻ്റേഷനുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ അടിവസ്ത്രം, നല്ല ലാറ്റിസ് ഘടനയുടെ സമഗ്രതയും വ്യത്യസ്ത പ്രതിരോധശേഷിയും കനവും ഉള്ള ഒരു പാളി അടിവസ്ത്രം വളരുന്നതിനനുസരിച്ച് ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയൻ്റേഷൻ), എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുള്ള അടിവസ്ത്രത്തെ എപിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ (എപിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ = എപിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ + സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉപകരണം എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയിൽ നിർമ്മിക്കുമ്പോൾ, അതിനെ പോസിറ്റീവ് എപ്പിറ്റാക്സി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഉപകരണം അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിർമ്മിച്ചതാണെങ്കിൽ, അതിനെ റിവേഴ്സ് എപ്പിറ്റാക്സി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ സമയത്ത്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി ഒരു പിന്തുണാ പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

മിനുക്കിയ വേഫർ

എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ രീതികൾ

മോളിക്യുലാർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (എംബിഇ): ഇത് അൾട്രാ ഹൈ വാക്വം അവസ്ഥയിൽ നടപ്പിലാക്കുന്ന ഒരു അർദ്ധചാലക എപിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്. ഈ സാങ്കേതികതയിൽ, ഉറവിട മെറ്റീരിയൽ ആറ്റങ്ങളുടെ അല്ലെങ്കിൽ തന്മാത്രകളുടെ ഒരു ബീം രൂപത്തിൽ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും പിന്നീട് ഒരു ക്രിസ്റ്റലിൻ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. MBE എന്നത് വളരെ കൃത്യവും നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതുമായ അർദ്ധചാലക നേർത്ത ഫിലിം വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, അത് ആറ്റോമിക തലത്തിൽ നിക്ഷേപിച്ച വസ്തുക്കളുടെ കനം കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും.
മെറ്റൽ ഓർഗാനിക് CVD (MOCVD): MOCVD പ്രക്രിയയിൽ, ആവശ്യമായ മൂലകങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഓർഗാനിക് ലോഹവും ഹൈഡ്രൈഡ് ഗ്യാസ് N വാതകവും ഉചിതമായ താപനിലയിൽ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുകയും ആവശ്യമായ അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് രാസപ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാവുകയും അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഓൺ, ശേഷിക്കുന്ന സംയുക്തങ്ങളും പ്രതികരണ ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ.
നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി (VPE): അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി. ഒരു കാരിയർ വാതകത്തിൽ മൂലക പദാർത്ഥങ്ങളുടെയോ സംയുക്തങ്ങളുടെയോ നീരാവി കൊണ്ടുപോകുകയും രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ അടിവസ്ത്രത്തിൽ പരലുകൾ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ് അടിസ്ഥാന തത്വം.

എപ്പിറ്റാക്സി പ്രക്രിയ എന്ത് പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നു?

ബൾക്ക് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് മാത്രമേ വിവിധ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയൂ. അതിനാൽ, 1959-ൻ്റെ അവസാനത്തിൽ ഒരു നേർത്ത-പാളി സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയൽ ഗ്രോത്ത് ടെക്നോളജിയായ എപിറ്റാക്സിയൽ ഗ്രോത്ത് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. അപ്പോൾ, മെറ്റീരിയലുകളുടെ പുരോഗതിക്ക് എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് എന്ത് പ്രത്യേക സംഭാവനയുണ്ട്?

സിലിക്കണിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, സിലിക്കൺ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യ ആരംഭിച്ചപ്പോൾ, സിലിക്കൺ ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി, ഹൈ-പവർ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ ഉത്പാദനത്തിന് ശരിക്കും ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള സമയമായിരുന്നു. ട്രാൻസിസ്റ്റർ തത്വങ്ങളുടെ വീക്ഷണകോണിൽ, ഉയർന്ന ആവൃത്തിയും ഉയർന്ന ശക്തിയും ലഭിക്കുന്നതിന്, കളക്ടർ ഏരിയയുടെ ബ്രേക്ക്ഡൌൺ വോൾട്ടേജ് ഉയർന്നതായിരിക്കണം, കൂടാതെ സീരീസ് പ്രതിരോധം ചെറുതായിരിക്കണം, അതായത്, സാച്ചുറേഷൻ വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് ചെറുതായിരിക്കണം. ആദ്യത്തേത് ശേഖരിക്കുന്ന സ്ഥലത്തെ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ പ്രതിരോധശേഷി ഉയർന്നതായിരിക്കണമെന്ന് ആവശ്യപ്പെടുന്നു, രണ്ടാമത്തേത് ശേഖരിക്കുന്ന സ്ഥലത്തെ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ പ്രതിരോധശേഷി കുറവായിരിക്കണം. രണ്ട് പ്രവിശ്യകളും പരസ്പര വിരുദ്ധമാണ്. സീരീസ് പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുന്നതിന് കളക്ടർ ഏരിയയിലെ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ കനം കുറയ്ക്കുകയാണെങ്കിൽ, സിലിക്കൺ വേഫർ വളരെ കനംകുറഞ്ഞതും ദുർബലവുമാണ്. മെറ്റീരിയലിൻ്റെ പ്രതിരോധശേഷി കുറയുകയാണെങ്കിൽ, അത് ആദ്യ ആവശ്യകതയെ എതിർക്കും. എന്നിരുന്നാലും, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനം വിജയകരമായിരുന്നു. ഈ ബുദ്ധിമുട്ട് പരിഹരിച്ചു.

പരിഹാരം: വളരെ കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എപ്പിടാക്‌സിയൽ ലെയർ വളർത്തുക, ഉപകരണം എപ്പിടാക്‌സിയൽ ലെയറിൽ നിർമ്മിക്കുക. ഈ ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി ട്യൂബിന് ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൌൺ വോൾട്ടേജ് ഉണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു, അതേസമയം താഴ്ന്ന പ്രതിരോധമുള്ള സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഇത് അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി സാച്ചുറേഷൻ വോൾട്ടേജ് ഡ്രോപ്പ് കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി രണ്ടും തമ്മിലുള്ള വൈരുദ്ധ്യം പരിഹരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

കൂടാതെ, നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി, GaA കളുടെ ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി, മറ്റ് III-V, II-VI, മറ്റ് മോളിക്യുലർ സംയുക്ത അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥങ്ങൾ തുടങ്ങിയ എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യകളും വളരെയധികം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, അവ മിക്ക മൈക്രോവേവ് ഉപകരണങ്ങൾ, ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ, പവർ എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാനമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ഉപകരണങ്ങളുടെ ഉൽപ്പാദനത്തിന് ഇത് ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്ത ഒരു പ്രക്രിയ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് മോളിക്യുലാർ ബീം, മെറ്റൽ ഓർഗാനിക് നീരാവി ഘട്ടം എപ്പിറ്റാക്സി എന്നിവയുടെ വിജയകരമായ പ്രയോഗം നേർത്ത പാളികൾ, സൂപ്പർലാറ്റിസുകൾ, ക്വാണ്ടം കിണറുകൾ, സ്ട്രെയിൻഡ് സൂപ്പർലാറ്റിസുകൾ, അർദ്ധചാലക ഗവേഷണത്തിലെ പുതിയ ചുവടുവയ്പ്പായ ആറ്റോമിക്-ലെവൽ നേർത്ത പാളി എപ്പിറ്റാക്സി എന്നിവയിലെ സാങ്കേതികവിദ്യ. ഈ മേഖലയിലെ "എനർജി ബെൽറ്റ് എഞ്ചിനീയറിംഗിൻ്റെ" വികസനം ശക്തമായ അടിത്തറയിട്ടു.

പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ, വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ മിക്കവാറും എല്ലായ്‌പ്പോഴും എപിടാക്‌സിയൽ ലെയറിലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, കൂടാതെ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വേഫർ തന്നെ അടിവസ്ത്രമായി മാത്രമേ പ്രവർത്തിക്കൂ. അതിനാൽ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ നിയന്ത്രണം വിശാലമായ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് അർദ്ധചാലക വ്യവസായത്തിൻ്റെ ഒരു പ്രധാന ഭാഗമാണ്.

എപ്പിറ്റാക്സി സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ 7 പ്രധാന കഴിവുകൾ

1. ഉയർന്ന (താഴ്ന്ന) പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ താഴ്ന്ന (ഉയർന്ന) പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള അടിവസ്ത്രങ്ങളിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ആയി വളർത്താം.
2. N (P) തരം എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി പി (N) തരം അടിവസ്ത്രത്തിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ആയി വളർത്തി നേരിട്ട് ഒരു PN ജംഗ്ഷൻ ഉണ്ടാക്കാം. ഒരൊറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ നിർമ്മിക്കാൻ ഡിഫ്യൂഷൻ രീതി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ നഷ്ടപരിഹാര പ്രശ്‌നമില്ല.
3. മാസ്ക് സാങ്കേതികവിദ്യയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, പ്രത്യേക ഘടനകളുള്ള ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകളുടെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഉൽപാദനത്തിനുള്ള വ്യവസ്ഥകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന, നിയുക്ത പ്രദേശങ്ങളിൽ സെലക്ടീവ് എപിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച നടത്തുന്നു.
4. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ ആവശ്യങ്ങൾക്കനുസരിച്ച് ഉത്തേജകമരുന്നിൻ്റെ തരവും സാന്ദ്രതയും മാറ്റാവുന്നതാണ്. ഏകാഗ്രതയിലെ മാറ്റം പെട്ടെന്നുള്ള മാറ്റമോ സാവധാനത്തിലുള്ള മാറ്റമോ ആകാം.
5. ഇതിന് വൈവിധ്യമാർന്ന, മൾട്ടി-ലേയേർഡ്, മൾട്ടി-ഘടക സംയുക്തങ്ങൾ, വേരിയബിൾ ഘടകങ്ങളുള്ള അൾട്രാ-നേർത്ത പാളികൾ എന്നിവ വളർത്താൻ കഴിയും.
6. പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ദ്രവണാങ്കത്തേക്കാൾ താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ എപിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച നടത്താം, വളർച്ചാ നിരക്ക് നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതാണ്, ആറ്റോമിക്-ലെവൽ കനം ഉള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച കൈവരിക്കാൻ കഴിയും.
7. GAN, തൃതീയ, ക്വാട്ടേണറി സംയുക്തങ്ങളുടെ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ പാളികൾ മുതലായവ വലിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലുകൾ വളർത്താൻ ഇതിന് കഴിയും.