ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ "ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್" ಏಕೆ ಬೇಕು

"ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್" ಹೆಸರಿನ ಮೂಲ

ವೇಫರ್ ತಯಾರಿಕೆಯು ಎರಡು ಮುಖ್ಯ ಹಂತಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ: ತಲಾಧಾರ ತಯಾರಿಕೆ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ. ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಅರೆವಾಹಕ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಂಸ್ಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ಒಳಗಾಗಬಹುದು. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಎನ್ನುವುದು ಎಚ್ಚರಿಕೆಯಿಂದ ಸಂಸ್ಕರಿಸಿದ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಹೊಸ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಯುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಹೊಸ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕವು ತಲಾಧಾರದ (ಸಮರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ) ಅಥವಾ ವಿಭಿನ್ನ ವಸ್ತುವಿನ (ವಿಜಾತೀಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ) ಅದೇ ವಸ್ತುವಾಗಿರಬಹುದು. ಹೊಸ ಸ್ಫಟಿಕ ಪದರವು ತಲಾಧಾರದ ಸ್ಫಟಿಕ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಣೆಯಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯುವುದರಿಂದ, ಇದನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವೇಫರ್ ಅನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ (ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವೇಫರ್ = ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್ + ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್) ಎಂದು ಉಲ್ಲೇಖಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲೆ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಸಾಧನಗಳನ್ನು "ಫಾರ್ವರ್ಡ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ" ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಸಾಧನಗಳನ್ನು "ರಿವರ್ಸ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ" ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವು ಕೇವಲ ಬೆಂಬಲವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ.

ಏಕರೂಪದ ಮತ್ತು ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

▪ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ:ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರವು ಒಂದೇ ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ: ಉದಾ, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.

▪ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ:ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರವನ್ನು ವಿವಿಧ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ: ಉದಾ, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, ಇತ್ಯಾದಿ.

ನಯಗೊಳಿಸಿದ ಬಿಲ್ಲೆಗಳು

ಎಪಿಟ್ಯಾಕ್ಸಿ ಯಾವ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ?

ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕೆಯ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಸಂಕೀರ್ಣ ಬೇಡಿಕೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ಬೃಹತ್ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ವಸ್ತುಗಳು ಸಾಕಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ, 1959 ರ ಕೊನೆಯಲ್ಲಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ತೆಳುವಾದ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ವಸ್ತುಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಯಿತು. ಆದರೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ವಸ್ತುಗಳ ಪ್ರಗತಿಗೆ ಹೇಗೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡಿದೆ? ಸಿಲಿಕಾನ್‌ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ನಿರ್ಣಾಯಕ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸಿತು, ಅಧಿಕ-ಆವರ್ತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‌ಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯು ಗಮನಾರ್ಹ ತೊಂದರೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸಿತು. ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ತತ್ವಗಳ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಸಂಗ್ರಾಹಕ ಪ್ರದೇಶದ ಸ್ಥಗಿತ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅಧಿಕವಾಗಿರಬೇಕು ಮತ್ತು ಸರಣಿ ಪ್ರತಿರೋಧವು ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರಬೇಕು. ಹಿಂದಿನದಕ್ಕೆ ಸಂಗ್ರಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿರೋಧದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಎರಡನೆಯದು ಕಡಿಮೆ ಪ್ರತಿರೋಧದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ವಿರೋಧಾಭಾಸವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. ಸರಣಿಯ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಸಂಗ್ರಾಹಕ ಪ್ರದೇಶದ ದಪ್ಪವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ ಅನ್ನು ತುಂಬಾ ತೆಳುವಾದ ಮತ್ತು ಸಂಸ್ಕರಣೆಗಾಗಿ ದುರ್ಬಲಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಮೊದಲ ಅವಶ್ಯಕತೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಘರ್ಷಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸಿದೆ. ಕಡಿಮೆ-ನಿರೋಧಕ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿರೋಧಕ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಸುವುದು ಪರಿಹಾರವಾಗಿದೆ. ಸಾಧನವನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲೆ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‌ನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸ್ಥಗಿತ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಖಾತ್ರಿಪಡಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ-ನಿರೋಧಕ ತಲಾಧಾರವು ಮೂಲ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಎರಡು ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳ ನಡುವಿನ ವಿರೋಧಾಭಾಸವನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ.

ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, III-V ಮತ್ತು II-VI ಸಂಯುಕ್ತ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್‌ಗಳಾದ GaAs, GaN ಮತ್ತು ಇತರವುಗಳಿಗೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳು, ಆವಿ ಹಂತ ಮತ್ತು ದ್ರವ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಸೇರಿದಂತೆ ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಗತಿಯನ್ನು ಕಂಡಿವೆ. ಈ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳು ಅನೇಕ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್, ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಮತ್ತು ಪವರ್ ಸಾಧನಗಳ ತಯಾರಿಕೆಗೆ ಅತ್ಯಗತ್ಯವಾಗಿವೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (MBE) ಮತ್ತು ಲೋಹ-ಸಾವಯವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ (MOCVD) ನಂತಹ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ತೆಳುವಾದ ಪದರಗಳು, ಸೂಪರ್‌ಲ್ಯಾಟಿಸ್‌ಗಳು, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಾವಿಗಳು, ಸ್ಟ್ರೈನ್ಡ್ ಸೂಪರ್‌ಲ್ಯಾಟಿಸ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಪರಮಾಣು-ಪ್ರಮಾಣದ ತೆಳುವಾದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್‌ಗಳಿಗೆ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಗಟ್ಟಿಯಾದ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಹಾಕುತ್ತದೆ. "ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್" ನಂತಹ ಹೊಸ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ.

ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ವೈಡ್-ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್‌ಗಳ ಮೇಲೆ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ (SiC) ನಂತಹ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಕೇವಲ ತಲಾಧಾರಗಳಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದು ವೈಡ್-ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಅಂಶವಾಗಿದೆ.

ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ: ಏಳು ಪ್ರಮುಖ ಲಕ್ಷಣಗಳು

1. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು ಕಡಿಮೆ (ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ) ಪ್ರತಿರೋಧಕ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ (ಅಥವಾ ಕಡಿಮೆ) ಪ್ರತಿರೋಧಕ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಯಬಹುದು.

2. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು P (ಅಥವಾ N) ವಿಧದ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ N (ಅಥವಾ P) ಪ್ರಕಾರದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಒಂದು ಸ್ಫಟಿಕ ತಲಾಧಾರದಲ್ಲಿ PN ಜಂಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ರಚಿಸಲು ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ಬಳಸುವಾಗ ಉಂಟಾಗುವ ಪರಿಹಾರ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಿಲ್ಲದೆ ನೇರವಾಗಿ PN ಜಂಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ.

3. ಮುಖವಾಡ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಿದಾಗ, ಆಯ್ದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು, ವಿಶೇಷ ರಚನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸಾಧನಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

4. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ಏಕಾಗ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ಹಠಾತ್ ಅಥವಾ ಕ್ರಮೇಣ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ ಡೋಪಿಂಗ್ ವಿಧಗಳು ಮತ್ತು ಸಾಂದ್ರತೆಗಳ ನಿಯಂತ್ರಣಕ್ಕೆ ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

5. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು ಅಲ್ಟ್ರಾ-ತೆಳುವಾದ ಪದರಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ವೇರಿಯಬಲ್ ಸಂಯೋಜನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವೈವಿಧ್ಯಮಯ, ಬಹು-ಪದರದ, ಬಹು-ಘಟಕ ಸಂಯುಕ್ತಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಬಹುದು.

6. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯು ವಸ್ತುವಿನ ಕರಗುವ ಬಿಂದುಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸಬಹುದು, ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದಾದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರದೊಂದಿಗೆ, ಪದರದ ದಪ್ಪದಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣು ಮಟ್ಟದ ನಿಖರತೆಯನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ.

7. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು GaN ಮತ್ತು ಟರ್ನರಿ/ಕ್ವಾಟರ್ನರಿ ಸಂಯುಕ್ತ ಅರೆವಾಹಕಗಳಂತಹ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಾಗಿ ಎಳೆಯಲಾಗದ ವಸ್ತುಗಳ ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ಪದರಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

ವಿವಿಧ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು

ಸಾರಾಂಶದಲ್ಲಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳು ಬೃಹತ್ ತಲಾಧಾರಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸುಲಭವಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿತ ಮತ್ತು ಪರಿಪೂರ್ಣ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ, ಇದು ಸುಧಾರಿತ ವಸ್ತುಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ಪ್ರಯೋಜನಕಾರಿಯಾಗಿದೆ.