എന്തുകൊണ്ടാണ് അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾക്ക് "എപിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ" ആവശ്യമായി വരുന്നത്

"എപിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ" എന്ന പേരിൻ്റെ ഉത്ഭവം

വേഫർ തയ്യാറാക്കൽ രണ്ട് പ്രധാന ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു: സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് തയ്യാറാക്കലും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയയും. സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് അർദ്ധചാലക സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഇത് സാധാരണയായി അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു. ഒരു എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഇതിന് എപിറ്റാക്സിയൽ പ്രോസസ്സിംഗിനും വിധേയമാകാം. ശ്രദ്ധാപൂർവം സംസ്കരിച്ച സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ഒരു പുതിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ ലെയർ വളർത്തുന്ന പ്രക്രിയയെയാണ് എപ്പിറ്റാക്‌സി സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. പുതിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൻ്റെ (ഹോമോജീനിയസ് എപ്പിറ്റാക്‌സി) അല്ലെങ്കിൽ മറ്റൊരു പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ (വിജാതീയമായ എപ്പിറ്റാക്‌സി) അതേ പദാർത്ഥം ആകാം. പുതിയ ക്രിസ്റ്റൽ പാളി അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയൻ്റേഷനുമായി വിന്യാസത്തിൽ വളരുന്നതിനാൽ, അതിനെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുള്ള വേഫറിനെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ (എപിറ്റാക്സിയൽ വേഫർ = എപിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ + സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയറിൽ നിർമ്മിച്ച ഉപകരണങ്ങളെ "ഫോർവേഡ് എപ്പിറ്റാക്സി" എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അതേസമയം അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിർമ്മിച്ച ഉപകരണങ്ങളെ "റിവേഴ്സ് എപ്പിറ്റാക്സി" എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇവിടെ എപിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ ഒരു പിന്തുണയായി മാത്രം പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

ഏകജാതവും വൈവിധ്യപൂർണ്ണവുമായ എപ്പിറ്റാക്സി

▪ഏകതാനമായ എപ്പിറ്റാക്സി:എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയറും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും ഒരേ മെറ്റീരിയലിൽ നിന്നാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്: ഉദാ, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.

▪വൈവിധ്യമാർന്ന എപ്പിറ്റാക്സി:എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയറും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിച്ചതാണ്: ഉദാ, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC മുതലായവ.

മിനുക്കിയ വേഫറുകൾ

എപ്പിറ്റാക്സി എന്ത് പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നു?

അർദ്ധചാലക ഉപകരണ നിർമ്മാണത്തിൻ്റെ സങ്കീർണ്ണമായ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റാൻ ബൾക്ക് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയലുകൾ മാത്രം മതിയാകില്ല. അതിനാൽ, 1959-ൻ്റെ അവസാനത്തിൽ, എപ്പിറ്റാക്സി എന്നറിയപ്പെടുന്ന നേർത്ത ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ മെറ്റീരിയൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. എന്നാൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യ എങ്ങനെ മെറ്റീരിയലുകളുടെ പുരോഗതിയെ പ്രത്യേകമായി സഹായിച്ചു? സിലിക്കണിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള, ഉയർന്ന പവർ സിലിക്കൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിന് കാര്യമായ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ നേരിട്ട ഒരു നിർണായക സമയത്താണ് സിലിക്കൺ എപ്പിറ്റാക്സിയുടെ വികസനം സംഭവിച്ചത്. ട്രാൻസിസ്റ്റർ തത്വങ്ങളുടെ വീക്ഷണകോണിൽ, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസിയും പവറും കൈവരിക്കുന്നതിന് കളക്ടർ റീജിയൻ്റെ ബ്രേക്ക്‌ഡൗൺ വോൾട്ടേജ് ഉയർന്നതും സീരീസ് പ്രതിരോധം കുറവും ആയിരിക്കണം, അതായത് സാച്ചുറേഷൻ വോൾട്ടേജ് ചെറുതായിരിക്കണം. ആദ്യത്തേതിന് കളക്ടർ മെറ്റീരിയലിൽ ഉയർന്ന പ്രതിരോധം ആവശ്യമാണ്, രണ്ടാമത്തേതിന് കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധം ആവശ്യമാണ്, ഇത് ഒരു വൈരുദ്ധ്യം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. സീരീസ് പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുന്നതിന് കളക്ടർ മേഖലയുടെ കനം കുറയ്ക്കുന്നത് സിലിക്കൺ വേഫറിനെ വളരെ കനംകുറഞ്ഞതും പ്രോസസ്സിംഗിന് ദുർബലവുമാക്കും, കൂടാതെ പ്രതിരോധശേഷി കുറയ്ക്കുന്നത് ആദ്യ ആവശ്യകതയുമായി വൈരുദ്ധ്യമുണ്ടാക്കും. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനം ഈ പ്രശ്നം വിജയകരമായി പരിഹരിച്ചു. കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി വളർത്തുക എന്നതായിരുന്നു പരിഹാരം. ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ ഉയർന്ന ബ്രേക്ക്ഡൌൺ വോൾട്ടേജ് ഉറപ്പാക്കുന്ന എപിറ്റാക്സിയൽ ലെയറിലാണ് ഉപകരണം നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, അതേസമയം ലോ-റെസിസ്റ്റിവിറ്റി സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് അടിസ്ഥാന പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുകയും സാച്ചുറേഷൻ വോൾട്ടേജ് കുറയ്ക്കുകയും രണ്ട് ആവശ്യകതകൾ തമ്മിലുള്ള വൈരുദ്ധ്യം പരിഹരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

കൂടാതെ, III-V, II-VI സംയുക്ത അർദ്ധചാലകങ്ങളായ GaAs, GaN എന്നിവയ്‌ക്കായുള്ള എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ സാങ്കേതികവിദ്യകളും നീരാവി ഘട്ടം, ലിക്വിഡ് ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്‌സി എന്നിവയുൾപ്പെടെ മറ്റുള്ളവയും കാര്യമായ പുരോഗതി കൈവരിച്ചിട്ടുണ്ട്. നിരവധി മൈക്രോവേവ്, ഒപ്റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്, പവർ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിന് ഈ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. പ്രത്യേകിച്ച്, മോളിക്യുലർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (MBE), ലോഹ-ഓർഗാനിക് കെമിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം (MOCVD) തുടങ്ങിയ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ നേർത്ത പാളികൾ, സൂപ്പർലാറ്റിസുകൾ, ക്വാണ്ടം കിണറുകൾ, സ്ട്രെയിൻഡ് സൂപ്പർലാറ്റിസുകൾ, ആറ്റോമിക് സ്കെയിൽ നേർത്ത എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ എന്നിവയിൽ വിജയകരമായി പ്രയോഗിച്ചു. "ബാൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ്" പോലുള്ള പുതിയ അർദ്ധചാലക മേഖലകളുടെ വികസനം.

പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ, മിക്ക വൈഡ്-ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളും എപ്പിടാക്‌സിയൽ പാളികളിലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SiC) പോലുള്ള പദാർത്ഥങ്ങൾ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളായി മാത്രം ഉപയോഗിക്കുന്നു. അതിനാൽ, വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് അർദ്ധചാലക വ്യവസായത്തിൽ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി നിയന്ത്രിക്കുന്നത് ഒരു നിർണായക ഘടകമാണ്.

എപ്പിറ്റാക്സി ടെക്നോളജി: ഏഴ് പ്രധാന സവിശേഷതകൾ

1. എപ്പിറ്റാക്സിക്ക് താഴ്ന്ന (അല്ലെങ്കിൽ ഉയർന്ന) പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഉയർന്ന (അല്ലെങ്കിൽ താഴ്ന്ന) പ്രതിരോധശേഷി പാളി വളർത്താൻ കഴിയും.

2. പി (അല്ലെങ്കിൽ N) തരം സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ N (അല്ലെങ്കിൽ P) തരം എപ്പിറ്റാക്‌സിയൽ ലെയറുകളുടെ വളർച്ചയെ Epitaxy അനുവദിക്കുന്നു, ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഒരു PN ജംഗ്ഷൻ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഡിഫ്യൂഷൻ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന നഷ്ടപരിഹാര പ്രശ്‌നങ്ങളില്ലാതെ നേരിട്ട് PN ജംഗ്ഷൻ രൂപീകരിക്കുന്നു.

3. മാസ്ക് സാങ്കേതികവിദ്യയുമായി സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ, പ്രത്യേക മേഖലകളിൽ സെലക്ടീവ് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച നടത്താം, ഇത് പ്രത്യേക ഘടനകളുള്ള ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകളുടെയും ഉപകരണങ്ങളുടെയും നിർമ്മാണം സാധ്യമാക്കുന്നു.

4. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച, ഉത്തേജക തരം, ഏകാഗ്രത എന്നിവ നിയന്ത്രിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു, ഏകാഗ്രതയിൽ പെട്ടെന്നുള്ള അല്ലെങ്കിൽ ക്രമാനുഗതമായ മാറ്റങ്ങൾ കൈവരിക്കാനുള്ള കഴിവ്.

5. അൾട്രാ-നേർത്ത പാളികൾ ഉൾപ്പെടെ, വേരിയബിൾ കോമ്പോസിഷനുകളുള്ള വൈവിധ്യമാർന്ന, മൾട്ടി-ലേയേർഡ്, മൾട്ടി-ഘടക സംയുക്തങ്ങൾ എപ്പിറ്റാക്സിക്ക് വളർത്താൻ കഴിയും.

6. പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ദ്രവണാങ്കത്തിന് താഴെയുള്ള താപനിലയിൽ, നിയന്ത്രിത വളർച്ചാ നിരക്കിൽ, പാളി കട്ടിയിൽ ആറ്റോമിക്-ലെവൽ കൃത്യത അനുവദിക്കുന്ന എപിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച സംഭവിക്കാം.

7. GaN, ടെർനറി/ക്വാട്ടർനറി കോമ്പൗണ്ട് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ എന്നിവ പോലെ പരലുകളിലേക്ക് വലിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയാത്ത പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ പാളികളുടെ വളർച്ചയെ എപ്പിറ്റാക്സി പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

വിവിധ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളും എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പ്രക്രിയകളും

ചുരുക്കത്തിൽ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ ബൾക്ക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളേക്കാൾ എളുപ്പത്തിൽ നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതും മികച്ചതുമായ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് നൂതന വസ്തുക്കളുടെ വികസനത്തിന് പ്രയോജനകരമാണ്.