ఎపిటాక్సియల్ పొరలు సెమీకండక్టర్ పరికరాలకు ఎలా సహాయపడతాయి?

ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్ అనే పేరు యొక్క మూలం

ముందుగా, ఒక చిన్న కాన్సెప్ట్‌ను ప్రాచుర్యంలోకి తెద్దాం: పొర తయారీలో రెండు ప్రధాన లింక్‌లు ఉన్నాయి: సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ. సబ్‌స్ట్రేట్ అనేది సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్‌తో తయారు చేయబడిన పొర. సెమీకండక్టర్ పరికరాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి సబ్‌స్ట్రేట్ నేరుగా పొర తయారీ ప్రక్రియలోకి ప్రవేశించవచ్చు లేదా ఎపిటాక్సియల్ పొరలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియల ద్వారా ప్రాసెస్ చేయవచ్చు. ఎపిటాక్సీ అనేది ఒకే క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై కొత్త పొరను పెంచే ప్రక్రియను సూచిస్తుంది, ఇది కత్తిరించడం, గ్రౌండింగ్ చేయడం, పాలిష్ చేయడం మొదలైన వాటి ద్వారా జాగ్రత్తగా ప్రాసెస్ చేయబడింది. కొత్త సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌తో సమానమైన పదార్థం కావచ్చు లేదా అది కావచ్చు విభిన్న పదార్థం (సజాతీయ) ఎపిటాక్సీ లేదా హెటెరోపిటాక్సీ). కొత్త సింగిల్ క్రిస్టల్ పొర ఉపరితలం యొక్క స్ఫటిక దశకు అనుగుణంగా విస్తరించి పెరుగుతుంది కాబట్టి, దానిని ఎపిటాక్సియల్ పొర అంటారు (మందం సాధారణంగా కొన్ని మైక్రాన్లు, సిలికాన్‌ను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే: సిలికాన్ ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల యొక్క అర్థం సిలికాన్ సింగిల్‌పై ఉంటుంది. ఒక నిర్దిష్ట స్ఫటిక విన్యాసాన్ని కలిగి ఉన్న స్ఫటికపు పొర, మంచి జాలక నిర్మాణ సమగ్రత మరియు విభిన్న నిరోధకత మరియు మందంతో ఉంటుంది సబ్‌స్ట్రేట్ పెరిగేకొద్దీ క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్), మరియు ఎపిటాక్సియల్ పొరతో ఉన్న సబ్‌స్ట్రేట్‌ను ఎపిటాక్సియల్ పొర అంటారు (ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్ = ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ + సబ్‌స్ట్రేట్). పరికరాన్ని ఎపిటాక్సియల్ పొరపై తయారు చేసినప్పుడు, దానిని పాజిటివ్ ఎపిటాక్సీ అంటారు. పరికరం ఉపరితలంపై తయారు చేయబడితే, దానిని రివర్స్ ఎపిటాక్సీ అంటారు. ఈ సమయంలో, ఎపిటాక్సియల్ పొర మాత్రమే సహాయక పాత్రను పోషిస్తుంది.

పాలిష్ పొర

ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల పద్ధతులు

మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE): ఇది అల్ట్రా-హై వాక్యూమ్ పరిస్థితుల్లో నిర్వహించబడే సెమీకండక్టర్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ. ఈ సాంకేతికతలో, మూల పదార్థం పరమాణువులు లేదా అణువుల పుంజం రూపంలో ఆవిరైపోతుంది మరియు తరువాత స్ఫటికాకార ఉపరితలంపై నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది. MBE అనేది చాలా ఖచ్చితమైన మరియు నియంత్రించదగిన సెమీకండక్టర్ థిన్ ఫిల్మ్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ, ఇది పరమాణు స్థాయిలో డిపాజిట్ చేయబడిన పదార్థం యొక్క మందాన్ని ఖచ్చితంగా నియంత్రించగలదు.
మెటల్ ఆర్గానిక్ CVD (MOCVD): MOCVD ప్రక్రియలో, సేంద్రీయ మెటల్ మరియు హైడ్రైడ్ గ్యాస్ N గ్యాస్ అవసరమైన మూలకాలను కలిగి ఉన్న మూలకాలను తగిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద సబ్‌స్ట్రేట్‌కు సరఫరా చేస్తారు, అవసరమైన సెమీకండక్టర్ పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి రసాయన ప్రతిచర్యకు లోనవుతారు మరియు ఉపరితలంపై నిక్షిప్తం చేస్తారు. ఆన్, మిగిలిన సమ్మేళనాలు మరియు ప్రతిచర్య ఉత్పత్తులు విడుదల చేయబడతాయి.
ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ (VPE): ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ అనేది సెమీకండక్టర్ పరికరాల ఉత్పత్తిలో సాధారణంగా ఉపయోగించే ఒక ముఖ్యమైన సాంకేతికత. క్యారియర్ గ్యాస్‌లో మౌళిక పదార్థాలు లేదా సమ్మేళనాల ఆవిరిని రవాణా చేయడం మరియు రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా ఉపరితలంపై స్ఫటికాలను జమ చేయడం ప్రాథమిక సూత్రం.

ఎపిటాక్సీ ప్రక్రియ ఏ సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది?

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

సిలికాన్ కోసం, సిలికాన్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ టెక్నాలజీ ప్రారంభమైనప్పుడు, సిలికాన్ హై-ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు హై-పవర్ ట్రాన్సిస్టర్‌ల ఉత్పత్తికి ఇది నిజంగా కష్టమైన సమయం. ట్రాన్సిస్టర్ సూత్రాల దృక్కోణం నుండి, అధిక పౌనఃపున్యం మరియు అధిక శక్తిని పొందేందుకు, కలెక్టర్ ప్రాంతం యొక్క బ్రేక్డౌన్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉండాలి మరియు సిరీస్ నిరోధకత తక్కువగా ఉండాలి, అంటే, సంతృప్త వోల్టేజ్ డ్రాప్ చిన్నదిగా ఉండాలి. మొదటిది సేకరించే ప్రదేశంలో పదార్థం యొక్క రెసిస్టివిటీ ఎక్కువగా ఉండాలని కోరుతుంది, అయితే రెండోది సేకరించే ప్రాంతంలోని పదార్థం యొక్క రెసిస్టివిటీ తక్కువగా ఉండాలి. రెండు ప్రావిన్సులు ఒకదానికొకటి విరుద్ధంగా ఉన్నాయి. సిరీస్ నిరోధకతను తగ్గించడానికి కలెక్టర్ ప్రాంతంలోని పదార్థం యొక్క మందం తగ్గించబడితే, సిలికాన్ పొర చాలా సన్నగా మరియు పెళుసుగా ఉంటుంది. పదార్థం యొక్క రెసిస్టివిటీని తగ్గించినట్లయితే, అది మొదటి అవసరానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. అయితే, ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి విజయవంతమైంది. ఈ కష్టాన్ని పరిష్కరించాడు.

పరిష్కారం: చాలా తక్కువ-నిరోధకత కలిగిన ఉపరితలంపై అధిక-నిరోధకత ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచండి మరియు పరికరాన్ని ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లో తయారు చేయండి. ఈ హై-రెసిస్టివిటీ ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ ట్యూబ్‌కు అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ ఉండేలా చేస్తుంది, అయితే తక్కువ-రెసిస్టెన్స్ సబ్‌స్ట్రేట్ ఇది సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క నిరోధకతను కూడా తగ్గిస్తుంది, తద్వారా సంతృప్త వోల్టేజ్ డ్రాప్‌ను తగ్గిస్తుంది, తద్వారా రెండింటి మధ్య వైరుధ్యాన్ని పరిష్కరిస్తుంది.

అదనంగా, ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీ మరియు GaAs యొక్క ద్రవ దశ ఎపిటాక్సీ మరియు ఇతర III-V, II-VI మరియు ఇతర పరమాణు సమ్మేళనం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు వంటి ఎపిటాక్సీ సాంకేతికతలు కూడా బాగా అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి మరియు చాలా మైక్రోవేవ్ పరికరాలు, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు, శక్తికి ఆధారం అయ్యాయి. పరికరాల ఉత్పత్తికి ఇది ఒక అనివార్య ప్రక్రియ సాంకేతికత, ముఖ్యంగా పరమాణు పుంజం మరియు మెటల్ ఆర్గానిక్ ఆవిరి దశ ఎపిటాక్సీని విజయవంతంగా ఉపయోగించడం సన్నని పొరలలో సాంకేతికత, సూపర్‌లాటిస్‌లు, క్వాంటం బావులు, స్ట్రెయిన్డ్ సూపర్‌లాటిస్‌లు మరియు అటామిక్-లెవల్ థిన్-లేయర్ ఎపిటాక్సీ, ఇది సెమీకండక్టర్ పరిశోధనలో కొత్త దశ. ఫీల్డ్‌లో "ఎనర్జీ బెల్ట్ ఇంజనీరింగ్" అభివృద్ధి గట్టి పునాదిని వేసింది.

ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పరికరాలు దాదాపు ఎల్లప్పుడూ ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌పై తయారు చేయబడతాయి మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ పొర కూడా సబ్‌స్ట్రేట్‌గా మాత్రమే పనిచేస్తుంది. అందువల్ల, విస్తృత బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ఎపిటాక్సియల్ పొర నియంత్రణ ఒక ముఖ్యమైన భాగం.

ఎపిటాక్సీ టెక్నాలజీలో 7 ప్రధాన నైపుణ్యాలు

1. అధిక (తక్కువ) రెసిస్టెన్స్ ఎపిటాక్సియల్ పొరలను తక్కువ (అధిక) రెసిస్టెన్స్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై ఎపిటాక్సియల్‌గా పెంచవచ్చు.
2. N (P) రకం ఎపిటాక్సియల్ పొరను P (N) రకం సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఎపిటాక్సియల్‌గా పెంచి నేరుగా PN జంక్షన్‌ను ఏర్పరచవచ్చు. ఒకే క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై PN జంక్షన్ చేయడానికి విస్తరణ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు పరిహారం సమస్య ఉండదు.
3. ముసుగు సాంకేతికతతో కలిపి, ప్రత్యేక నిర్మాణాలతో ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు మరియు పరికరాల ఉత్పత్తికి పరిస్థితులను సృష్టించడం, నియమించబడిన ప్రాంతాలలో సెలెక్టివ్ ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల నిర్వహించబడుతుంది.
4. ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ ప్రాసెస్ సమయంలో అవసరాలకు అనుగుణంగా డోపింగ్ రకం మరియు ఏకాగ్రతను మార్చవచ్చు. ఏకాగ్రతలో మార్పు ఆకస్మిక మార్పు లేదా నెమ్మదిగా మార్పు కావచ్చు.
5. ఇది భిన్నమైన, బహుళ-లేయర్డ్, బహుళ-భాగాల సమ్మేళనాలు మరియు వేరియబుల్ భాగాలతో అతి-సన్నని పొరలను పెంచగలదు.
6. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల పదార్థం యొక్క ద్రవీభవన స్థానం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్వహించబడుతుంది, వృద్ధి రేటు నియంత్రించబడుతుంది మరియు పరమాణు-స్థాయి మందం యొక్క ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధిని సాధించవచ్చు.
7. ఇది GaN, తృతీయ మరియు చతుర్భుజ సమ్మేళనాల సింగిల్ క్రిస్టల్ పొరలు మొదలైన వాటిని లాగలేని సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్‌లను పెంచగలదు.