செமிகண்டக்டர் சாதனங்களுக்கு ஏன் "எபிடாக்சியல் லேயர்" தேவைப்படுகிறது

"எபிடாக்சியல் வேஃபர்" என்ற பெயரின் தோற்றம்

செதில் தயாரிப்பு இரண்டு முக்கிய படிகளைக் கொண்டுள்ளது: அடி மூலக்கூறு தயாரிப்பு மற்றும் எபிடாக்சியல் செயல்முறை. அடி மூலக்கூறு குறைக்கடத்தி ஒற்றை படிகப் பொருட்களால் ஆனது மற்றும் பொதுவாக குறைக்கடத்தி சாதனங்களை உருவாக்க செயலாக்கப்படுகிறது. இது ஒரு எபிடாக்சியல் செதிலை உருவாக்க எபிடாக்சியல் செயலாக்கத்திற்கு உட்படலாம். எபிடாக்ஸி என்பது கவனமாக செயலாக்கப்பட்ட ஒற்றை படிக அடி மூலக்கூறில் ஒரு புதிய ஒற்றை படிக அடுக்கை வளர்க்கும் செயல்முறையைக் குறிக்கிறது. புதிய ஒற்றைப் படிகமானது அடி மூலக்கூறு (ஒரே மாதிரியான எபிடாக்ஸி) அல்லது வேறு பொருள் (ஹெட்டோஜெனியஸ் எபிடாக்ஸி) போன்ற அதே பொருளாக இருக்கலாம். புதிய படிக அடுக்கு அடி மூலக்கூறின் படிக நோக்குநிலையுடன் சீரமைப்பில் வளர்வதால், அது எபிடாக்சியல் அடுக்கு என்று அழைக்கப்படுகிறது. எபிடாக்சியல் லேயருடன் கூடிய செதில் எபிடாக்சியல் வேஃபர் (எபிடாக்சியல் வேஃபர் = எபிடாக்சியல் லேயர் + அடி மூலக்கூறு) என குறிப்பிடப்படுகிறது. எபிடாக்சியல் லேயரில் புனையப்பட்ட சாதனங்கள் "ஃபார்வர்டு எபிடாக்ஸி" என்று அழைக்கப்படுகின்றன, அதே சமயம் அடி மூலக்கூறில் புனையப்பட்ட சாதனங்கள் "ரிவர்ஸ் எபிடாக்ஸி" என்று குறிப்பிடப்படுகின்றன, அங்கு எபிடாக்சியல் லேயர் ஒரு ஆதரவாக மட்டுமே செயல்படுகிறது.

ஒரேவிதமான மற்றும் பன்முகத்தன்மை வாய்ந்த எபிடாக்ஸி

▪ஒரே மாதிரியான எபிடாக்ஸி:எபிடாக்சியல் லேயர் மற்றும் அடி மூலக்கூறு ஒரே பொருளால் ஆனது: எ.கா., Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.

▪பன்முக எபிடாக்ஸி:எபிடாக்சியல் லேயர் மற்றும் அடி மூலக்கூறு வெவ்வேறு பொருட்களால் ஆனது: எ.கா., Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC போன்றவை.

பளபளப்பான செதில்கள்

எபிடாக்ஸி என்ன பிரச்சனைகளை தீர்க்கிறது?

செமிகண்டக்டர் சாதனத் தயாரிப்பின் பெருகிய முறையில் சிக்கலான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய மொத்த ஒற்றைப் படிகப் பொருட்கள் மட்டும் போதுமானதாக இல்லை. எனவே, 1959 இன் பிற்பகுதியில், எபிடாக்ஸி எனப்படும் மெல்லிய ஒற்றை படிகப் பொருள் வளர்ச்சி நுட்பம் உருவாக்கப்பட்டது. ஆனால் எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பம் எவ்வாறு பொருட்களின் முன்னேற்றத்திற்கு குறிப்பாக உதவியது? சிலிக்கானைப் பொறுத்தவரை, சிலிக்கான் எபிடாக்ஸியின் வளர்ச்சி ஒரு முக்கியமான நேரத்தில் ஏற்பட்டது, அப்போது உயர் அதிர்வெண், உயர்-சக்தி சிலிக்கான் டிரான்சிஸ்டர்களின் புனையமைப்பு குறிப்பிடத்தக்க சிரமங்களை எதிர்கொண்டது. டிரான்சிஸ்டர் கொள்கைகளின் கண்ணோட்டத்தில், அதிக அதிர்வெண் மற்றும் சக்தியை அடைவதற்கு சேகரிப்பான் பகுதியின் முறிவு மின்னழுத்தம் அதிகமாகவும், தொடர் எதிர்ப்பானது குறைவாகவும் இருக்க வேண்டும், அதாவது செறிவூட்டல் மின்னழுத்தம் சிறியதாக இருக்க வேண்டும். முந்தையது சேகரிப்பான் பொருளில் அதிக எதிர்ப்பாற்றல் தேவைப்படுகிறது, அதே சமயம் பிந்தையது குறைந்த எதிர்ப்பாற்றல் தேவைப்படுகிறது, இது ஒரு முரண்பாட்டை உருவாக்குகிறது. தொடர் எதிர்ப்பைக் குறைப்பதற்காக சேகரிப்பான் பகுதியின் தடிமனைக் குறைப்பது சிலிக்கான் செதில் மிகவும் மெல்லியதாகவும், செயலிழக்க உடையதாகவும் இருக்கும், மேலும் எதிர்ப்பைக் குறைப்பது முதல் தேவையுடன் முரண்படும். எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சி இந்த சிக்கலை வெற்றிகரமாக தீர்க்கிறது. குறைந்த-எதிர்ப்புத் தன்மை கொண்ட அடி மூலக்கூறில் அதிக எதிர்ப்பாற்றல் எபிடாக்சியல் அடுக்கை வளர்ப்பதே தீர்வு. சாதனம் எபிடாக்சியல் லேயரில் புனையப்பட்டது, டிரான்சிஸ்டரின் உயர் முறிவு மின்னழுத்தத்தை உறுதி செய்கிறது, அதே சமயம் குறைந்த-எதிர்ப்பு மூலக்கூறு அடிப்படை எதிர்ப்பைக் குறைக்கிறது மற்றும் செறிவூட்டல் மின்னழுத்தத்தைக் குறைக்கிறது, இரண்டு தேவைகளுக்கு இடையிலான முரண்பாட்டைத் தீர்க்கிறது.

கூடுதலாக, GaAs, GaN போன்ற III-V மற்றும் II-VI கலவை குறைக்கடத்திகளுக்கான எபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் நீராவி கட்டம் மற்றும் திரவ நிலை எபிடாக்சி உட்பட மற்றவை குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களைக் கண்டுள்ளன. இந்த தொழில்நுட்பங்கள் பல மைக்ரோவேவ், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் மற்றும் பவர் சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு இன்றியமையாததாகிவிட்டன. குறிப்பாக, மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்சி (MBE) மற்றும் உலோக-கரிம இரசாயன நீராவி படிவு (MOCVD) போன்ற நுட்பங்கள் மெல்லிய அடுக்குகள், சூப்பர்லட்டீஸ்கள், குவாண்டம் கிணறுகள், வடிகட்டப்பட்ட சூப்பர்லட்டீஸ்கள் மற்றும் அணு அளவிலான மெல்லிய எபிடாக்சியல் அடுக்குகளுக்கு வெற்றிகரமாக பயன்படுத்தப்பட்டு, உறுதியான அடித்தளத்தை அமைக்கின்றன. "பேண்ட் இன்ஜினியரிங்" போன்ற புதிய குறைக்கடத்தி துறைகளின் வளர்ச்சி.

நடைமுறை பயன்பாடுகளில், பெரும்பாலான பரந்த-பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்தி சாதனங்கள் எபிடாக்சியல் அடுக்குகளில் புனையப்படுகின்றன, சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) போன்ற பொருட்கள் அடி மூலக்கூறுகளாக மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. எனவே, எபிடாக்சியல் லேயரைக் கட்டுப்படுத்துவது வைட்-பேண்ட்கேப் செமிகண்டக்டர் துறையில் ஒரு முக்கியமான காரணியாகும்.

எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பம்: ஏழு முக்கிய அம்சங்கள்

1. எபிடாக்ஸியானது குறைந்த (அல்லது அதிக) எதிர்ப்புத் தன்மையுடைய அடி மூலக்கூறில் அதிக (அல்லது குறைந்த) எதிர்ப்புத் தன்மை அடுக்கை வளர்க்கலாம்.

2. Epitaxy ஆனது P (அல்லது N) வகை அடி மூலக்கூறுகளில் N (அல்லது P) வகை எபிடாக்சியல் அடுக்குகளின் வளர்ச்சியை அனுமதிக்கிறது, ஒரு படிக அடி மூலக்கூறில் PN சந்திப்பை உருவாக்குவதற்கு பரவலைப் பயன்படுத்தும் போது ஏற்படும் இழப்பீடு சிக்கல்கள் இல்லாமல் நேரடியாக PN சந்திப்பை உருவாக்குகிறது.

3. முகமூடி தொழில்நுட்பத்துடன் இணைந்தால், குறிப்பிட்ட பகுதிகளில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியை நிகழ்த்த முடியும், இது ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட சுற்றுகள் மற்றும் சிறப்பு கட்டமைப்புகள் கொண்ட சாதனங்களை உருவாக்க உதவுகிறது.

4. எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி ஊக்கமருந்து வகைகள் மற்றும் செறிவுகளைக் கட்டுப்படுத்த அனுமதிக்கிறது, செறிவில் திடீர் அல்லது படிப்படியான மாற்றங்களை அடையும் திறன் கொண்டது.

5. எபிடாக்ஸியானது, அதி-மெல்லிய அடுக்குகள் உட்பட, மாறுபட்ட கலவைகளுடன் கூடிய பன்முக, பல அடுக்கு, பல-கூறு கலவைகளை வளர்க்கலாம்.

6. எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியானது, பொருளின் உருகுநிலைக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலையில், கட்டுப்படுத்தக்கூடிய வளர்ச்சி விகிதத்துடன், அடுக்கு தடிமனில் அணு-நிலை துல்லியத்தை அனுமதிக்கிறது.

7. எபிடாக்ஸியானது GaN மற்றும் மும்மை/குவாட்டர்னரி கலவை குறைக்கடத்திகள் போன்ற படிகங்களாக இழுக்க முடியாத பொருட்களின் ஒற்றை படிக அடுக்குகளின் வளர்ச்சியை செயல்படுத்துகிறது.

பல்வேறு எபிடாக்சியல் அடுக்குகள் மற்றும் எபிடாக்சியல் செயல்முறைகள்

சுருக்கமாக, எபிடாக்சியல் அடுக்குகள் மொத்த அடி மூலக்கூறுகளை விட எளிதாக கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் சரியான படிக அமைப்பை வழங்குகின்றன, இது மேம்பட்ட பொருட்களின் வளர்ச்சிக்கு பயனுள்ளதாக இருக்கும்.