ایپیٹیکسیل پرتیں سیمی کنڈکٹر آلات کی مدد کیسے کرتی ہیں؟

ایپیٹیکسیل ویفر نام کی اصل

سب سے پہلے، آئیے ایک چھوٹے سے تصور کو مقبول بنائیں: ویفر کی تیاری میں دو بڑے لنکس شامل ہیں: سبسٹریٹ کی تیاری اور اپیٹیکسیل عمل۔ سبسٹریٹ ایک ویفر ہے جو سیمی کنڈکٹر سنگل کرسٹل مواد سے بنا ہے۔ سبسٹریٹ سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز تیار کرنے کے لیے ویفر مینوفیکچرنگ کے عمل میں براہ راست داخل ہوسکتا ہے، یا ایپیٹیکسیل ویفرز تیار کرنے کے لیے اسے ایپیٹیکسیل پروسیس کے ذریعے پروسیس کیا جاسکتا ہے۔ Epitaxy سے مراد ایک واحد کرسٹل سبسٹریٹ پر سنگل کرسٹل کی ایک نئی پرت کو اگانے کا عمل ہے جسے کاٹنے، پیسنے، پالش کرنے وغیرہ کے ذریعے احتیاط سے پروسیس کیا گیا ہے۔ نیا سنگل کرسٹل وہی مواد ہو سکتا ہے جو سبسٹریٹ ہو سکتا ہے مختلف مواد (یکساں) ایپیٹیکسی یا ہیٹروپیٹاکسی)۔ چونکہ نئی سنگل کرسٹل پرت سبسٹریٹ کے کرسٹل مرحلے کے مطابق پھیلتی اور بڑھتی ہے، اس لیے اسے ایپیٹیکسیل پرت کہا جاتا ہے (موٹائی عام طور پر چند مائیکرون ہوتی ہے، مثال کے طور پر سلیکون کو لیتے ہوئے: سلیکون ایپیٹیکسیل نمو کا مطلب سلکان سنگل پر ہوتا ہے۔ ایک مخصوص کرسٹل واقفیت کے ساتھ کرسٹل کی ایک پرت جس میں اچھی جالی ساخت کی سالمیت اور مختلف مزاحمت اور موٹائی ہے۔ وہی کرسٹل واقفیت جیسا کہ سبسٹریٹ اگایا جاتا ہے)، اور اپیٹیکسیل پرت کے ساتھ سبسٹریٹ کو ایپیٹیکسیل ویفر (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate) کہا جاتا ہے۔ جب آلہ ایپیٹیکسیل پرت پر بنایا جاتا ہے، تو اسے مثبت ایپیٹیکسی کہا جاتا ہے۔ اگر آلہ سبسٹریٹ پر بنایا گیا ہے، تو اسے ریورس ایپیٹیکسی کہا جاتا ہے۔ اس وقت، epitaxial پرت صرف ایک معاون کردار ادا کرتا ہے.

پالش ویفر

ایپیٹیکسیل ترقی کے طریقے

مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE): یہ ایک سیمی کنڈکٹر ایپیٹیکسیل گروتھ ٹیکنالوجی ہے جو انتہائی اعلی ویکیوم حالات میں انجام دی جاتی ہے۔ اس تکنیک میں، ماخذ مواد کو ایٹموں یا مالیکیولز کے شہتیر کی شکل میں بخارات بنا کر ایک کرسٹل لائن پر جمع کیا جاتا ہے۔ MBE ایک بہت ہی درست اور قابل کنٹرول سیمی کنڈکٹر پتلی فلم کی ترقی کی ٹیکنالوجی ہے جو جوہری سطح پر جمع شدہ مواد کی موٹائی کو ٹھیک ٹھیک کنٹرول کر سکتی ہے۔
میٹل آرگینک سی وی ڈی (ایم او سی وی ڈی): ایم او سی وی ڈی کے عمل میں، نامیاتی دھات اور ہائیڈرائیڈ گیس این گیس جس میں مطلوبہ عناصر ہوتے ہیں مناسب درجہ حرارت پر سبسٹریٹ کو فراہم کیے جاتے ہیں، مطلوبہ سیمی کنڈکٹر مواد پیدا کرنے کے لیے کیمیائی عمل سے گزرتے ہیں، اور سبسٹریٹ پر جمع کیے جاتے ہیں۔ پر، جبکہ باقی مرکبات اور رد عمل کی مصنوعات کو خارج کر دیا جاتا ہے۔
ویپر فیز ایپیٹیکسی (VPE): ویپر فیز ایپیٹیکسی ایک اہم ٹیکنالوجی ہے جو عام طور پر سیمی کنڈکٹر آلات کی تیاری میں استعمال ہوتی ہے۔ بنیادی اصول ایک کیریئر گیس میں عنصری مادوں یا مرکبات کے بخارات کو منتقل کرنا اور کیمیائی رد عمل کے ذریعے سبسٹریٹ پر کرسٹل جمع کرنا ہے۔

ایپیٹیکسی عمل کن مسائل کو حل کرتا ہے؟

صرف بلک سنگل کرسٹل مواد مختلف سیمی کنڈکٹر آلات کی تیاری کی بڑھتی ہوئی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا۔ لہذا، ایپیٹیکسیل گروتھ، ایک پتلی پرت والی سنگل کرسٹل میٹریل گروتھ ٹیکنالوجی، 1959 کے آخر میں تیار کی گئی تھی۔ تو مواد کی ترقی میں ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی کا کیا خاص حصہ ہے؟

سلیکون کے لیے، جب سلکان ایپیٹیکسیل گروتھ ٹیکنالوجی شروع ہوئی، تو یہ واقعی سلکان ہائی فریکوئنسی اور ہائی پاور ٹرانزسٹرز کی تیاری کے لیے ایک مشکل وقت تھا۔ ٹرانزسٹر کے اصولوں کے نقطہ نظر سے، ہائی فریکوئنسی اور ہائی پاور حاصل کرنے کے لیے، کلکٹر ایریا کا بریک ڈاؤن وولٹیج زیادہ ہونا چاہیے اور سیریز ریزسٹنس چھوٹا ہونا چاہیے، یعنی سنترپتی وولٹیج ڈراپ چھوٹا ہونا چاہیے۔ پہلے کی ضرورت ہوتی ہے کہ جمع کرنے والے علاقے میں مواد کی مزاحمتی صلاحیت زیادہ ہونی چاہیے، جب کہ مؤخر الذکر کا تقاضا ہے کہ جمع کرنے والے علاقے میں مواد کی مزاحمتی صلاحیت کم ہو۔ دونوں صوبے ایک دوسرے سے متضاد ہیں۔ اگر سیریز کی مزاحمت کو کم کرنے کے لیے کلکٹر ایریا میں مواد کی موٹائی کو کم کر دیا جائے تو، سلیکون ویفر بہت پتلا اور نازک ہو جائے گا جس پر عملدرآمد نہیں کیا جا سکتا۔ اگر مواد کی مزاحمتی صلاحیت کم ہو جاتی ہے، تو یہ پہلی ضرورت سے متصادم ہو گی۔ تاہم، epitaxial ٹیکنالوجی کی ترقی کامیاب رہی ہے. اس مشکل کو حل کیا.

حل: ایک انتہائی کم مزاحمتی سبسٹریٹ پر ایک اعلی مزاحمتی ایپیٹیکسیل تہہ بڑھائیں، اور ڈیوائس کو ایپیٹیکسیل تہہ پر بنائیں۔ یہ اعلی مزاحمتی ایپیٹیکسیل تہہ اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ ٹیوب میں ایک اعلی بریک ڈاؤن وولٹیج ہے، جب کہ کم مزاحمتی سبسٹریٹ یہ سبسٹریٹ کی مزاحمت کو بھی کم کرتا ہے، اس طرح سنترپتی وولٹیج ڈراپ کو کم کرتا ہے، اس طرح دونوں کے درمیان تضاد کو حل کرتا ہے۔

اس کے علاوہ، ایپیٹیکسی ٹیکنالوجیز جیسے بخارات کے فیز ایپیٹیکسی اور مائع فیز ایپیٹیکسی آف GaAs اور دیگر III-V، II-VI اور دیگر مالیکیولر کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر مواد کو بھی بہت زیادہ ترقی دی گئی ہے اور یہ زیادہ تر مائیکرو ویو ڈیوائسز، آپٹو الیکٹرانک ڈیوائسز، پاور کی بنیاد بن گئی ہیں۔ یہ آلات کی تیاری کے لیے ایک ناگزیر عمل ٹیکنالوجی ہے، خاص طور پر سالماتی کے کامیاب اطلاق کے لیے بیم اور میٹل آرگینک ویپر فیز ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی پتلی تہوں، سپرلیٹیسس، کوانٹم ویلز، سٹرینڈ سپر لیٹیسس، اور ایٹمک لیول پتلی پرت ایپیٹیکسی، جو کہ سیمی کنڈکٹر ریسرچ میں ایک نیا قدم ہے۔ میدان میں "انرجی بیلٹ انجینئرنگ" کی ترقی نے ایک مضبوط بنیاد رکھی ہے۔

عملی ایپلی کیشنز میں، وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز تقریبا ہمیشہ ایپیٹیکسیل پرت پر بنائے جاتے ہیں، اور سلکان کاربائیڈ ویفر خود صرف سبسٹریٹ کا کام کرتا ہے۔ لہذا، ایپیٹیکسیل پرت کا کنٹرول وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کا ایک اہم حصہ ہے۔

ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی میں 7 بڑی مہارتیں۔

1. اعلی (کم) مزاحمتی اپیٹیکسیل تہوں کو epitaxially کم (اعلی) مزاحمتی ذیلی جگہوں پر اگایا جا سکتا ہے۔
2. براہ راست PN جنکشن بنانے کے لیے N (P) قسم کی epitaxial تہہ epitaxially P (N) قسم کے سبسٹریٹ پر اگائی جا سکتی ہے۔ ایک ہی کرسٹل سبسٹریٹ پر PN جنکشن بنانے کے لیے بازی کا طریقہ استعمال کرتے وقت معاوضے کا کوئی مسئلہ نہیں ہے۔
3. ماسک ٹکنالوجی کے ساتھ مل کر، مخصوص ڈھانچے کے ساتھ مربوط سرکٹس اور آلات کی تیاری کے لیے حالات پیدا کرتے ہوئے، مخصوص جگہوں میں منتخب ایپیٹیکسیل نمو کی جاتی ہے۔
4. epitaxial ترقی کے عمل کے دوران ضرورت کے مطابق ڈوپنگ کی قسم اور ارتکاز کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ ارتکاز میں تبدیلی اچانک تبدیلی یا سست تبدیلی ہو سکتی ہے۔
5. یہ متغیر اجزاء کے ساتھ متضاد، کثیر پرتوں والے، کثیر اجزاء مرکبات اور انتہائی پتلی تہوں کو اگ سکتا ہے۔
6. ایپیٹیکسیل نمو مواد کے پگھلنے والے مقام سے کم درجہ حرارت پر کی جا سکتی ہے، شرح نمو قابل کنٹرول ہے، اور جوہری سطح کی موٹائی کی اپیٹیکسیل نمو حاصل کی جا سکتی ہے۔
7. یہ واحد کرسٹل مواد کو بڑھا سکتا ہے جسے کھینچا نہیں جا سکتا، جیسے کہ GaN، ترتیری اور چوتھائی مرکبات کی واحد کرسٹل تہیں، وغیرہ۔