సెమీకండక్టర్ పరికరాలకు "ఎపిటాక్సియల్ లేయర్" ఎందుకు అవసరం

"ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్" పేరు యొక్క మూలం

పొర తయారీ రెండు ప్రధాన దశలను కలిగి ఉంటుంది: సబ్‌స్ట్రేట్ తయారీ మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియ. సబ్‌స్ట్రేట్ సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్‌తో తయారు చేయబడింది మరియు సెమీకండక్టర్ పరికరాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి సాధారణంగా ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది. ఇది ఎపిటాక్సియల్ పొరను రూపొందించడానికి ఎపిటాక్సియల్ ప్రాసెసింగ్‌కు కూడా లోనవుతుంది. ఎపిటాక్సీ అనేది జాగ్రత్తగా ప్రాసెస్ చేయబడిన సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై కొత్త సింగిల్ క్రిస్టల్ పొరను పెంచే ప్రక్రియను సూచిస్తుంది. కొత్త సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్ (సజాతీయ ఎపిటాక్సీ) లేదా వేరొక పదార్థం (భిన్నమైన ఎపిటాక్సీ) మాదిరిగానే ఉంటుంది. కొత్త క్రిస్టల్ పొర సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క క్రిస్టల్ విన్యాసానికి అనుగుణంగా పెరుగుతుంది కాబట్టి, దానిని ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ అంటారు. ఎపిటాక్సియల్ పొరతో పొరను ఎపిటాక్సియల్ పొరగా సూచిస్తారు (ఎపిటాక్సియల్ పొర = ఎపిటాక్సియల్ పొర + సబ్‌స్ట్రేట్). ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌పై రూపొందించిన పరికరాలను "ఫార్వర్డ్ ఎపిటాక్సీ" అని పిలుస్తారు, అయితే సబ్‌స్ట్రేట్‌పై రూపొందించిన పరికరాలను "రివర్స్ ఎపిటాక్సీ" అని సూచిస్తారు, ఇక్కడ ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ మద్దతుగా మాత్రమే పనిచేస్తుంది.

సజాతీయ మరియు భిన్నమైన ఎపిటాక్సీ

▪సజాతీయ ఎపిటాక్సీ:ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ ఒకే పదార్థంతో తయారు చేయబడ్డాయి: ఉదా, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.

▪విజాతీయ ఎపిటాక్సీ:ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ వేర్వేరు పదార్థాలతో తయారు చేయబడ్డాయి: ఉదా, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC, మొదలైనవి.

పాలిష్ పొరలు

ఎపిటాక్సీ ఏ సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది?

సెమీకండక్టర్ పరికర కల్పన యొక్క పెరుగుతున్న సంక్లిష్ట డిమాండ్‌లను తీర్చడానికి బల్క్ సింగిల్ క్రిస్టల్ పదార్థాలు మాత్రమే సరిపోవు. అందువల్ల, 1959 చివరలో, ఎపిటాక్సీ అని పిలువబడే సన్నని సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్ గ్రోత్ టెక్నిక్ అభివృద్ధి చేయబడింది. కానీ ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ ప్రత్యేకంగా మెటీరియల్స్ అభివృద్ధికి ఎలా సహాయపడింది? సిలికాన్ కోసం, హై-ఫ్రీక్వెన్సీ, హై-పవర్ సిలికాన్ ట్రాన్సిస్టర్‌ల కల్పన ముఖ్యమైన ఇబ్బందులను ఎదుర్కొన్న క్లిష్టమైన సమయంలో సిలికాన్ ఎపిటాక్సీ అభివృద్ధి జరిగింది. ట్రాన్సిస్టర్ సూత్రాల కోణం నుండి, అధిక పౌనఃపున్యం మరియు శక్తిని సాధించడానికి కలెక్టర్ ప్రాంతం యొక్క బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉండాలి మరియు సిరీస్ నిరోధకత తక్కువగా ఉండాలి, అంటే సంతృప్త వోల్టేజ్ చిన్నదిగా ఉండాలి. మొదటిదానికి కలెక్టర్ మెటీరియల్‌లో అధిక రెసిస్టివిటీ అవసరం, రెండో దానికి తక్కువ రెసిస్టివిటీ అవసరం, ఇది వైరుధ్యాన్ని సృష్టిస్తుంది. శ్రేణి నిరోధకతను తగ్గించడానికి కలెక్టర్ ప్రాంతం యొక్క మందాన్ని తగ్గించడం వలన సిలికాన్ పొర చాలా సన్నగా మరియు ప్రాసెసింగ్ కోసం పెళుసుగా ఉంటుంది మరియు రెసిస్టివిటీని తగ్గించడం మొదటి అవసరానికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. ఎపిటాక్సియల్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి ఈ సమస్యను విజయవంతంగా పరిష్కరించింది. తక్కువ రెసిస్టివిటీ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై అధిక రెసిస్టివిటీ ఎపిటాక్సియల్ పొరను పెంచడం దీనికి పరిష్కారం. పరికరం ఎపిటాక్సియల్ పొరపై తయారు చేయబడింది, ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క అధిక బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్‌ను నిర్ధారిస్తుంది, అయితే తక్కువ-రెసిస్టివిటీ సబ్‌స్ట్రేట్ బేస్ రెసిస్టెన్స్‌ను తగ్గిస్తుంది మరియు సంతృప్త వోల్టేజ్‌ను తగ్గిస్తుంది, రెండు అవసరాల మధ్య వైరుధ్యాన్ని పరిష్కరిస్తుంది.

అదనంగా, GaAs, GaN వంటి III-V మరియు II-VI సమ్మేళన సెమీకండక్టర్ల కోసం ఎపిటాక్సియల్ సాంకేతికతలు మరియు ఆవిరి దశ మరియు ద్రవ దశ ఎపిటాక్సీతో సహా ఇతరాలు గణనీయమైన పురోగతిని సాధించాయి. అనేక మైక్రోవేవ్, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ మరియు పవర్ పరికరాల తయారీకి ఈ సాంకేతికతలు చాలా అవసరం. ప్రత్యేకించి, మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ (MBE) మరియు మెటల్-ఆర్గానిక్ కెమికల్ ఆవిరి నిక్షేపణ (MOCVD) వంటి పద్ధతులు పలుచని పొరలు, సూపర్‌లాటిస్‌లు, క్వాంటం బావులు, స్ట్రెయిన్డ్ సూపర్‌లాటిస్‌లు మరియు అటామిక్-స్కేల్ థిన్ ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌లకు విజయవంతంగా వర్తించబడ్డాయి. "బ్యాండ్ ఇంజనీరింగ్" వంటి కొత్త సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్‌ల అభివృద్ధి.

ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, చాలా వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పరికరాలు ఎపిటాక్సియల్ పొరలపై రూపొందించబడ్డాయి, సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) వంటి పదార్థాలు కేవలం సబ్‌స్ట్రేట్‌లుగా ఉపయోగించబడతాయి. అందువల్ల, వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ఎపిటాక్సియల్ పొరను నియంత్రించడం ఒక కీలకమైన అంశం.

ఎపిటాక్సీ టెక్నాలజీ: ఏడు ముఖ్య లక్షణాలు

1. ఎపిటాక్సీ తక్కువ (లేదా అధిక) రెసిస్టివిటీ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై అధిక (లేదా తక్కువ) రెసిస్టివిటీ పొరను పెంచుతుంది.

2. ఎపిటాక్సీ P (లేదా N) రకం సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై N (లేదా P) రకం ఎపిటాక్సియల్ లేయర్‌ల పెరుగుదలను అనుమతిస్తుంది, ఒకే క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై PN జంక్షన్‌ను రూపొందించడానికి విస్తరణను ఉపయోగించినప్పుడు ఉత్పన్నమయ్యే పరిహారం సమస్యలు లేకుండా నేరుగా PN జంక్షన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.

3. మాస్క్ టెక్నాలజీతో కలిపినప్పుడు, ప్రత్యేక నిర్మాణాలతో ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌లు మరియు పరికరాల తయారీని ఎనేబుల్ చేస్తూ, నిర్దిష్ట ప్రాంతాల్లో సెలెక్టివ్ ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్‌ను నిర్వహించవచ్చు.

4. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల ఏకాగ్రతలో ఆకస్మిక లేదా క్రమంగా మార్పులను సాధించగల సామర్థ్యంతో డోపింగ్ రకాలు మరియు ఏకాగ్రతలను నియంత్రించడానికి అనుమతిస్తుంది.

5. ఎపిటాక్సీ అతి-సన్నని పొరలతో సహా వేరియబుల్ కంపోజిషన్‌లతో భిన్నమైన, బహుళ-లేయర్డ్, బహుళ-భాగాల సమ్మేళనాలను పెంచుతుంది.

6. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల పదార్థం యొక్క ద్రవీభవన స్థానం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సంభవించవచ్చు, నియంత్రించదగిన వృద్ధి రేటుతో, పొర మందంలో పరమాణు-స్థాయి ఖచ్చితత్వాన్ని అనుమతిస్తుంది.

7. ఎపిటాక్సీ అనేది GaN మరియు టెర్నరీ/క్వాటర్నరీ కాంపౌండ్ సెమీకండక్టర్స్ వంటి స్ఫటికాలలోకి లాగబడలేని పదార్థాల సింగిల్ క్రిస్టల్ పొరల పెరుగుదలను అనుమతిస్తుంది.

వివిధ ఎపిటాక్సియల్ పొరలు మరియు ఎపిటాక్సియల్ ప్రక్రియలు

సారాంశంలో, ఎపిటాక్సియల్ పొరలు బల్క్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల కంటే సులభంగా నియంత్రించబడే మరియు ఖచ్చితమైన క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని అందిస్తాయి, ఇది అధునాతన పదార్థాల అభివృద్ధికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.