কেন সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলির একটি "এপিটাক্সিয়াল স্তর" প্রয়োজন

"এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার" নামের উৎপত্তি

ওয়েফার প্রস্তুতি দুটি প্রধান ধাপ নিয়ে গঠিত: সাবস্ট্রেট প্রস্তুতি এবং এপিটাক্সিয়াল প্রক্রিয়া। সাবস্ট্রেটটি সেমিকন্ডাক্টর একক স্ফটিক উপাদান দিয়ে তৈরি এবং সাধারণত সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরি করার জন্য প্রক্রিয়া করা হয়। এটি একটি এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার গঠনের জন্য এপিটাক্সিয়াল প্রক্রিয়াকরণের মধ্য দিয়ে যেতে পারে। Epitaxy একটি সাবধানে প্রক্রিয়াকৃত একক ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটে একটি নতুন একক স্ফটিক স্তর বৃদ্ধির প্রক্রিয়াকে বোঝায়। নতুন একক স্ফটিক একই উপাদান হতে পারে যেমন সাবস্ট্রেট (একজাতীয় এপিটাক্সি) বা ভিন্ন উপাদান (বিষমীয় এপিটাক্সি)। যেহেতু নতুন স্ফটিক স্তরটি সাবস্ট্রেটের স্ফটিক অভিযোজনের সাথে সারিবদ্ধভাবে বৃদ্ধি পায়, তাই একে এপিটাক্সিয়াল স্তর বলা হয়। এপিটাক্সিয়াল লেয়ার সহ ওয়েফারকে এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার (এপিটাক্সিয়াল ওয়েফার = এপিটাক্সিয়াল লেয়ার + সাবস্ট্রেট) হিসাবে উল্লেখ করা হয়। এপিটাক্সিয়াল স্তরে গড়া ডিভাইসগুলিকে "ফরোয়ার্ড এপিটাক্সি" বলা হয়, যখন সাবস্ট্রেটের উপর তৈরি করা ডিভাইসগুলিকে "বিপরীত এপিটাক্সি" হিসাবে উল্লেখ করা হয়, যেখানে এপিটাক্সিয়াল স্তরটি কেবল একটি সমর্থন হিসাবে কাজ করে।

সমজাতীয় এবং ভিন্নধর্মী এপিটাক্সি

▪সমজাতীয় এপিটাক্সি:এপিটাক্সিয়াল স্তর এবং সাবস্ট্রেট একই উপাদান দিয়ে তৈরি: যেমন, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP।

▪ভিন্নধর্মী এপিটাক্সি:এপিটাক্সিয়াল লেয়ার এবং সাবস্ট্রেট বিভিন্ন উপকরণ দিয়ে তৈরি: যেমন, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC ইত্যাদি।

পালিশ ওয়েফার

Epitaxy কি সমস্যা সমাধান করে?

সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরির ক্রমবর্ধমান জটিল চাহিদা মেটাতে একা বাল্ক একক স্ফটিক উপকরণ অপর্যাপ্ত। অতএব, 1959 সালের শেষের দিকে, এপিটাক্সি নামে পরিচিত পাতলা একক স্ফটিক উপাদান বৃদ্ধির কৌশল তৈরি করা হয়েছিল। কিন্তু কীভাবে এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি বিশেষভাবে উপকরণের অগ্রগতিতে সাহায্য করেছিল? সিলিকনের জন্য, সিলিকন এপিটাক্সির বিকাশ একটি জটিল সময়ে ঘটেছিল যখন উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-শক্তির সিলিকন ট্রানজিস্টর তৈরিতে উল্লেখযোগ্য অসুবিধা হয়েছিল। ট্রানজিস্টর নীতির দৃষ্টিকোণ থেকে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং শক্তি অর্জনের জন্য সংগ্রাহক অঞ্চলের ব্রেকডাউন ভোল্টেজ বেশি হওয়া প্রয়োজন, এবং সিরিজ প্রতিরোধের কম হওয়া উচিত, মানে স্যাচুরেশন ভোল্টেজ ছোট হওয়া উচিত। আগেরটির জন্য সংগ্রাহক উপাদানে উচ্চ রোধের প্রয়োজন, যখন পরেরটির জন্য কম প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রয়োজন, যা একটি দ্বন্দ্ব তৈরি করে। সিরিজ প্রতিরোধ কমাতে সংগ্রাহক অঞ্চলের পুরুত্ব হ্রাস করা সিলিকন ওয়েফারকে প্রক্রিয়াকরণের জন্য খুব পাতলা এবং ভঙ্গুর করে তুলবে এবং প্রতিরোধ ক্ষমতা কমিয়ে দিলে প্রথম প্রয়োজনের সাথে সাংঘর্ষিক হবে। এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তির বিকাশ সফলভাবে এই সমস্যাটির সমাধান করেছে। সমাধানটি ছিল একটি কম-প্রতিরোধীতা সাবস্ট্রেটে একটি উচ্চ প্রতিরোধক এপিটাক্সিয়াল স্তর বৃদ্ধি করা। ডিভাইসটি এপিটাক্সিয়াল স্তরে তৈরি করা হয়েছে, যা ট্রানজিস্টরের উচ্চ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ নিশ্চিত করে, যখন নিম্ন-প্রতিরোধী সাবস্ট্রেট বেস রেজিস্ট্যান্স কমায় এবং স্যাচুরেশন ভোল্টেজ কমায়, দুটি প্রয়োজনীয়তার মধ্যে দ্বন্দ্ব সমাধান করে।

অতিরিক্তভাবে, III-V এবং II-VI যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর যেমন GaAs, GaN এবং অন্যান্যগুলির জন্য এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি, বাষ্প ফেজ এবং তরল ফেজ এপিটাক্সি সহ, উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি দেখা গেছে। এই প্রযুক্তিগুলি অনেক মাইক্রোওয়েভ, অপটোইলেক্ট্রনিক এবং পাওয়ার ডিভাইস তৈরির জন্য অপরিহার্য হয়ে উঠেছে। বিশেষ করে, মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) এবং ধাতু-জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমা (MOCVD) এর মতো কৌশলগুলি পাতলা স্তর, সুপারল্যাটিস, কোয়ান্টাম ওয়েলস, স্ট্রেনড সুপারলাটিস এবং পারমাণবিক-স্কেলের পাতলা এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলিতে সফলভাবে প্রয়োগ করা হয়েছে, একটি শক্ত ভিত্তি স্থাপনের জন্য। নতুন সেমিকন্ডাক্টর ক্ষেত্রগুলির বিকাশ যেমন "ব্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং।"

ব্যবহারিক প্রয়োগে, বেশিরভাগ প্রশস্ত-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলিতে তৈরি করা হয়, সিলিকন কার্বাইড (SiC) এর মতো উপাদানগুলি কেবলমাত্র সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহৃত হয়। অতএব, এপিটাক্সিয়াল স্তর নিয়ন্ত্রণ করা ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে একটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর।

এপিটাক্সি প্রযুক্তি: সাতটি মূল বৈশিষ্ট্য

1. এপিটাক্সি একটি কম (বা উচ্চ) রোধক স্তরে একটি উচ্চ (বা নিম্ন) প্রতিরোধী স্তর বৃদ্ধি করতে পারে।

2. এপিটাক্সি P (বা N) টাইপ সাবস্ট্রেটগুলিতে N (বা P) টাইপের এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলির বৃদ্ধির অনুমতি দেয়, একটি একক ক্রিস্টাল সাবস্ট্রেটে একটি PN জংশন তৈরি করার জন্য ডিফিউশন ব্যবহার করার সময় যে ক্ষতিপূরণ সমস্যাগুলি দেখা দেয় তা ছাড়াই সরাসরি একটি PN জংশন গঠন করে।

3. মাস্ক প্রযুক্তির সাথে একত্রিত হলে, নির্দিষ্ট অঞ্চলে নির্বাচনী এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি করা যেতে পারে, যা বিশেষ কাঠামোর সাথে সমন্বিত সার্কিট এবং ডিভাইসগুলির বানোয়াট সক্ষম করে।

4. এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি ডোপিং ধরন এবং ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়, ঘনত্বে আকস্মিক বা ধীরে ধীরে পরিবর্তন অর্জনের ক্ষমতা সহ।

5. এপিটাক্সি অতি-পাতলা স্তর সহ পরিবর্তনশীল রচনা সহ ভিন্ন ভিন্ন, বহু-স্তরযুক্ত, বহু-উপাদান যৌগ বৃদ্ধি করতে পারে।

6. এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি উপাদানের গলনাঙ্কের নিচের তাপমাত্রায় ঘটতে পারে, একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য বৃদ্ধির হার সহ, যা স্তর পুরুত্বে পারমাণবিক-স্তরের নির্ভুলতার জন্য অনুমতি দেয়।

7. Epitaxy উপাদানগুলির একক স্ফটিক স্তরগুলির বৃদ্ধি সক্ষম করে যা স্ফটিকের মধ্যে টানা যায় না, যেমন GaN এবং টারনারি/চতুর্মুখী যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর।

বিভিন্ন এপিটাক্সিয়াল লেয়ার এবং এপিটাক্সিয়াল প্রসেস

সংক্ষেপে, এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি বাল্ক সাবস্ট্রেটের তুলনায় আরও সহজে নিয়ন্ত্রিত এবং নিখুঁত স্ফটিক কাঠামো সরবরাহ করে, যা উন্নত উপকরণগুলির বিকাশের জন্য উপকারী।