किन सेमिकन्डक्टर उपकरणहरूलाई "एपिटेक्सियल लेयर" चाहिन्छ

"एपिटेक्सियल वेफर" नामको उत्पत्ति

वेफर तयारीमा दुई मुख्य चरणहरू हुन्छन्: सब्सट्रेट तयारी र एपिटेक्सियल प्रक्रिया। सब्सट्रेट अर्धचालक एकल क्रिस्टल सामग्रीबाट बनेको हुन्छ र सामान्यतया सेमीकन्डक्टर उपकरणहरू उत्पादन गर्न प्रशोधन गरिन्छ। यसले एपिटेक्सियल वेफर बनाउनको लागि एपिटेक्सियल प्रशोधन पनि गर्न सक्छ। Epitaxy ले सावधानीपूर्वक प्रशोधन गरिएको एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा नयाँ एकल क्रिस्टल तह बढाउने प्रक्रियालाई बुझाउँछ। नयाँ एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट (सजातीय एपिटेक्सी) वा फरक सामग्री (विषम एपिटाक्सी) जस्तै समान सामग्रीको हुन सक्छ। नयाँ क्रिस्टल तह सब्सट्रेटको क्रिस्टल अभिविन्याससँग पङ्क्तिबद्धतामा बढेकोले, यसलाई एपिटेक्सियल तह भनिन्छ। एपिटेक्सियल लेयर भएको वेफरलाई एपिटेक्सियल वेफर (एपिटेक्सियल वेफर = एपिटेक्सियल लेयर + सब्सट्रेट) भनिन्छ। एपिटेक्सियल लेयरमा बनाइएका यन्त्रहरूलाई "फर्वार्ड एपिटेक्सी" भनिन्छ, जबकि सब्सट्रेटमा बनाइएका यन्त्रहरूलाई "रिभर्स एपिटेक्सी" भनिन्छ, जहाँ एपिटेक्सियल तहले समर्थनको रूपमा मात्र काम गर्दछ।

समरूप र विषम एपिटेक्सी

▪समरूप एपिटेक्सी:एपिटेक्सियल तह र सब्सट्रेट एउटै सामग्रीबाट बनेका छन्: जस्तै, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP।

▪विषम एपिटेक्सी:एपिटेक्सियल तह र सब्सट्रेट विभिन्न सामग्रीबाट बनेका हुन्छन्: जस्तै, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, आदि।

पॉलिश वेफर्स

Epitaxy ले कस्ता समस्याहरू समाधान गर्छ?

सेमीकन्डक्टर उपकरण निर्माणको बढ्दो जटिल मागहरू पूरा गर्न बल्क एकल क्रिस्टल सामग्रीहरू मात्र अपर्याप्त छन्। तसर्थ, 1959 को अन्त मा, epitaxy भनेर चिनिने पातलो एकल क्रिस्टल सामग्री वृद्धि प्रविधि विकसित भएको थियो। तर एपिटेक्सियल टेक्नोलोजीले कसरी विशेष गरी सामग्रीको विकासमा मद्दत गर्यो? सिलिकनका लागि, सिलिकन एपिटेक्सीको विकास एक महत्वपूर्ण समयमा भएको थियो जब उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-शक्ति सिलिकन ट्रान्जिस्टरहरूको निर्माणले महत्त्वपूर्ण कठिनाइहरूको सामना गर्यो। ट्रान्जिस्टर सिद्धान्तहरूको परिप्रेक्ष्यबाट, उच्च आवृत्ति र शक्ति प्राप्त गर्न कलेक्टर क्षेत्रको ब्रेकडाउन भोल्टेज उच्च हुन आवश्यक छ, र श्रृंखला प्रतिरोध कम हुनुपर्छ, मतलब संतृप्ति भोल्टेज सानो हुनुपर्छ। पहिलेलाई कलेक्टर सामग्रीमा उच्च प्रतिरोधात्मकता चाहिन्छ, जबकि पछिल्लोलाई कम प्रतिरोधात्मकता चाहिन्छ, जसले विरोधाभास सिर्जना गर्दछ। श्रृंखला प्रतिरोध कम गर्न कलेक्टर क्षेत्रको मोटाई घटाउँदा सिलिकन वेफरलाई प्रशोधनको लागि धेरै पातलो र कमजोर बनाउँदछ, र प्रतिरोधात्मकता कम गर्दा पहिलो आवश्यकतासँग द्वन्द्व हुनेछ। एपिटेक्सियल टेक्नोलोजीको विकासले यो समस्या सफलतापूर्वक समाधान गर्यो। समाधान कम-प्रतिरोधी सब्सट्रेटमा उच्च प्रतिरोधक एपिटाक्सियल तह बढाउनु थियो। यन्त्र एपिटेक्सियल लेयरमा बनाइएको छ, ट्रान्जिस्टरको उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज सुनिश्चित गर्दै, जबकि कम-प्रतिरोधी सब्सट्रेटले आधार प्रतिरोध कम गर्दछ र संतृप्ति भोल्टेज कम गर्दछ, दुई आवश्यकताहरू बीचको विरोधाभासलाई समाधान गर्दछ।

थप रूपमा, III-V र II-VI कम्पाउन्ड सेमीकन्डक्टरहरू जस्तै GaAs, GaN, र अन्यका लागि एपिटेक्सियल टेक्नोलोजीहरू, वाष्प चरण र तरल चरण एपिटेक्सी सहित, महत्त्वपूर्ण प्रगतिहरू देखेका छन्। यी प्रविधिहरू धेरै माइक्रोवेभ, अप्टोइलेक्ट्रोनिक र पावर उपकरणहरूको निर्माणको लागि आवश्यक भएका छन्। विशेष गरी, आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE) र धातु-जैविक केमिकल भाप डिपोजिसन (MOCVD) जस्ता प्रविधिहरू पातलो तहहरू, सुपरल्याटिसहरू, क्वान्टम वेलहरू, स्ट्रेन्ड सुपरल्याटिसहरू, र आणविक-स्केल पातलो एपिटेक्सियल तहहरूमा सफलतापूर्वक लागू गरिएको छ। नयाँ अर्धचालक क्षेत्रहरूको विकास जस्तै "ब्यान्ड इन्जिनियरिङ।"

व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, धेरै जसो चौडा-ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर उपकरणहरू एपिटेक्सियल तहहरूमा बनाइएका हुन्छन्, सिलिकन कार्बाइड (SiC) जस्ता सामग्रीहरू मात्र सब्सट्रेटको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। तसर्थ, एपिटेक्सियल तह नियन्त्रण गर्नु वाइड-ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर उद्योगमा एक महत्वपूर्ण कारक हो।

Epitaxy टेक्नोलोजी: सात प्रमुख सुविधाहरू

1. Epitaxy ले कम (वा उच्च) प्रतिरोधात्मक सब्सट्रेटमा उच्च (वा कम) प्रतिरोधात्मक तह बढाउन सक्छ।

2. Epitaxy ले P (वा N) प्रकारको सब्सट्रेटहरूमा N (वा P) प्रकारको एपिटेक्सियल तहहरूको वृद्धिलाई अनुमति दिन्छ, एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटमा PN जंक्शन सिर्जना गर्न डिफ्यूजन प्रयोग गर्दा उत्पन्न हुने क्षतिपूर्ति समस्याहरू बिना नै प्रत्यक्ष रूपमा PN जंक्शन गठन गर्दछ।

3. मास्क टेक्नोलोजीसँग जोड्दा, विशेष क्षेत्रहरूमा चयनात्मक एपिटेक्सियल वृद्धि गर्न सकिन्छ, विशेष संरचनाहरू भएका एकीकृत सर्किटहरू र उपकरणहरूको निर्माण सक्षम पार्दै।

4. एपिटेक्सियल वृद्धिले डोपिङ प्रकार र एकाग्रताको नियन्त्रणको लागि अनुमति दिन्छ, एकाग्रतामा अचानक वा क्रमिक परिवर्तनहरू प्राप्त गर्ने क्षमताको साथ।

5. Epitaxy ले अति-पातलो तहहरू लगायत चर रचनाहरू सहित विषम, बहु-स्तर, बहु-कम्पोनेन्ट यौगिकहरू बढ्न सक्छ।

6. एपिटेक्सियल वृद्धि सामग्रीको पिघलने बिन्दु भन्दा तलको तापक्रममा हुन सक्छ, नियन्त्रणयोग्य वृद्धि दरको साथ, लेयर मोटाईमा परमाणु-स्तर सटीकताको लागि अनुमति दिन्छ।

7. Epitaxy ले क्रिस्टलहरूमा तान्न नसकिने सामग्रीको एकल क्रिस्टल तहहरूको वृद्धिलाई सक्षम बनाउँछ, जस्तै GaN र ternary/quaternary कम्पाउन्ड सेमीकन्डक्टरहरू।

विभिन्न एपिटेक्सियल तहहरू र एपिटेक्सियल प्रक्रियाहरू

संक्षेपमा, एपिटेक्सियल तहहरूले बल्क सब्सट्रेटहरू भन्दा बढी सजिलैसँग नियन्त्रित र उत्तम क्रिस्टल संरचना प्रदान गर्दछ, जुन उन्नत सामग्रीको विकासको लागि लाभदायक हुन्छ।