সাবস্ট্র্যাট বনাম ইপিট্যাক্সিঃ সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার ফ্যাব্রিকেশনের দ্বৈত স্তম্ভ
May 28, 2025
I. সাবস্ট্র্যাট এবং ইপিট্যাক্সির মৌলিক সংজ্ঞা
সাবস্ট্র্যাটএবংইপিট্যাক্সিসেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার তৈরিতে দুটি মৌলিকভাবে পৃথক কিন্তু ঘনিষ্ঠভাবে পরস্পরের সাথে যুক্ত ধারণা।
সাবস্ট্র্যাট:
একটি স্তর সাধারণত একটি উচ্চ বিশুদ্ধতা, উচ্চ মানের একক স্ফটিক উপাদান যা পরবর্তী সমস্ত অর্ধপরিবাহী প্রক্রিয়াগুলির জন্য "ভিত্তি" হিসাবে কাজ করে।এটি শুধুমাত্র যান্ত্রিক সমর্থন প্রদান করে না কিন্তু একটি ভাল আদেশ গ্রিটস টেমপ্লেট ডিভাইস উত্পাদন জন্য অপরিহার্য.
সাধারণ উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছেঃসিলিকন (Si), সিলিকন কার্বাইড (SiC), সাফির (Al2O3), গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs), ইত্যাদি
ইপিট্যাক্সিঃ
ইপিট্যাক্সি একটি নতুন, উচ্চ মানের একক-ক্রিস্টালিন ফিল্মের একটি স্তর পৃষ্ঠের উপর নিয়ন্ত্রিত বৃদ্ধি বোঝায়। এই ফিল্মটি স্তর হিসাবে পরিচিত।ইপিট্যাক্সিয়াল স্তর.
এপিট্যাক্সিয়াল স্তরটি সাবস্ট্র্যাটের সাথে একই উপাদান হতে পারে (হোমো-এপিট্যাক্সি) অথবা অন্য কোন উপাদান (হেটেরোইপিট্যাক্সি) ।
II. ওয়েফার ফ্যাব্রিকেশন প্রসেস সম্পর্ক
ধাপ ১ঃ সাবস্ট্র্যাট প্রস্তুতি
উচ্চ বিশুদ্ধতার একক স্ফটিক ওয়েফারগুলি Czochralski প্রক্রিয়া বা ভাসমান-জোন কৌশল মত পদ্ধতি ব্যবহার করে উত্পাদিত হয়।ওয়েফারগুলি সাবস্ট্র্যাট হিসেবে ব্যবহারের জন্য প্রস্তুত.
ধাপ ২: ইপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি
একটি উচ্চ মানের একক স্ফটিক স্তর স্তর পৃষ্ঠের উপর উত্থিত হয়। epitaxial স্তর প্রায়ই উচ্চ বিশুদ্ধতা, নিয়ন্ত্রিত ডোপিং ঘনত্ব, সঠিকভাবে নির্ধারিত বেধ আছে,এবং নির্দিষ্ট ডিভাইস ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য কম কাঠামোগত ত্রুটি.
৩। একটি সাবস্ট্র্যাট কি? এর ভূমিকা এবং গুরুত্ব
ফাংশন ১ঃ যান্ত্রিক সহায়তা
সব পরবর্তী প্রক্রিয়া এবং ডিভাইসের জন্য প্ল্যাটফর্ম হিসাবে কাজ করে। এটি পর্যাপ্ত যান্ত্রিক শক্তি এবং মাত্রিক স্থিতিশীলতা থাকতে হবে।
ফাংশন ২ঃ ল্যাটিস টেমপ্লেট
সাবস্ট্র্যাটের স্ফটিক গ্রিড কাঠামো ইপিট্যাক্সিয়াল স্তরটির স্ফটিক গুণমান নির্ধারণ করে, যা পরিবর্তে ডিভাইসের কার্যকারিতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে।
ফাংশন ৩ঃ বৈদ্যুতিক ভিত্তি
সাবস্ট্র্যাট উপাদানটির অন্তর্নিহিত বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি চ্যাপের মৌলিক বৈশিষ্ট্য যেমন পরিবাহিতা এবং প্রতিরোধের উপর প্রভাব ফেলে।
উদাহরণঃ
বেশিরভাগ অর্ধপরিবাহী কারখানায় একটি 6 ইঞ্চি একক স্ফটিক সিলিকন ওয়েফার শুরু পয়েন্ট হিসাবে কাজ করে। প্রায় সব সিএমওএস ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট এবং অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইস একটি সিলিকন সাবস্ট্র্যাট দিয়ে শুরু হয়।
IV. ইপিট্যাক্সি কি? নীতি ও প্রস্তুতি পদ্ধতি
ইপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথ প্রিন্সিপল:
Epitaxy involves the atomic-scale deposition of a new single crystal layer that aligns with the lattice structure of the underlying substrate—similar to decorating a well-laid foundation with high-grade materials.
সাধারণ ইপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথ টেকনিকঃ
-
বাষ্পীয় পর্যায়ে ইপিট্যাক্সি (ভিপিই):সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত পদ্ধতি। গ্যাসযুক্ত অগ্রদূত একটি উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিক্রিয়া চেম্বারে প্রবেশ করা হয়, যেখানে তারা জমা হয় এবং স্তর পৃষ্ঠের উপর স্ফটিক হয়। উদাহরণস্বরূপ,সিলিকন ইপিট্যাক্সি প্রায়ই গ্যাস উত্স হিসাবে সিলিকন টেট্রাক্লোরাইড বা ট্রাইক্লোরোসিলান ব্যবহার করে.
-
তরল পর্যায়ে ইপিট্যাক্সি (এলপিই):উপাদানগুলি তরল আকারে সাবস্ট্র্যাটে জমা হয় এবং স্ফটিকযুক্ত হয়, মূলত যৌগিক অর্ধপরিবাহীগুলির জন্য।
-
আণবিক রশ্মি Epitaxy (MBE):অতি উচ্চ শূন্যতা অধীনে সম্পন্ন একটি উচ্চ-নির্ভুল পদ্ধতি, উন্নত কোয়ান্টাম কাঠামো এবং সুপারগ্রিড তৈরির জন্য আদর্শ।
-
ধাতু-জৈব রাসায়নিক বাষ্প অবসান (MOCVD):বিশেষ করে III-V সেমিকন্ডাক্টর যেমন GaN এবং GaAs এর জন্য উপযুক্ত।
ইপিটাক্সির কার্যকারিতাঃ
-
পৃষ্ঠের বিশুদ্ধতা এবং সমতলতা বৃদ্ধিঃএমনকি একটি পোলিশ সাবস্ট্র্যাটটিতেও ক্ষুদ্রতর ত্রুটি রয়েছে; ইপিট্যাক্সি একটি প্রায় ত্রুটিহীন পৃষ্ঠ স্তর তৈরি করে।
-
কাস্টমাইজড বৈদ্যুতিক এবং কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যঃনির্দিষ্ট কার্যকরী প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য ডোপিং টাইপ (এন-টাইপ / পি-টাইপ), ঘনত্ব এবং স্তর বেধের উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়।
-
Multilayer বা Heterostructures সক্ষম করেঃএকাধিক কোয়ান্টাম কূপ এবং সুপারলেটসের মতো কাঠামোর জন্য অপরিহার্য, যা শুধুমাত্র এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির মাধ্যমে অর্জনযোগ্য।
V. হোমিওপিট্যাক্সি এবং হেটেরোপিট্যাক্সি এবং তাদের অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে পার্থক্য
হোমো ইপিট্যাক্সিঃ
সাবস্ট্র্যাট এবং ইপিট্যাক্সিয়াল স্তর একই উপাদান থেকে গঠিত (যেমন, একটি সিআই সাবস্ট্র্যাটের উপর সিআই ইপিট্যাক্সিয়াল স্তর) ।
-
উপকারিতা:উল্লেখযোগ্যভাবে পৃষ্ঠের মান উন্নত, ত্রুটি ঘনত্ব হ্রাস, এবং উন্নত ডিভাইস ফলন এবং ধারাবাহিকতা সক্ষম করে।
-
অ্যাপ্লিকেশনঃশক্তি ডিভাইস এবং ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
হেটেরো-ইপিট্যাক্সিঃ
সাবস্ট্র্যাট এবং এপিট্যাক্সিয়াল স্তর বিভিন্ন উপকরণ (যেমন, সাফির সাবস্ট্র্যাটের উপর GaN এপিট্যাক্সিয়াল স্তর) ।
-
উপকারিতা:একক-উপাদান সিস্টেমের সীমাবদ্ধতা বাইপাস করে উচ্চতর বৈদ্যুতিক এবং অপটিক্যাল পারফরম্যান্স অর্জনের জন্য বিভিন্ন উপাদানের পছন্দসই বৈশিষ্ট্যগুলি একত্রিত করে।
-
অসুবিধা:ল্যাটিস অসঙ্গতি এবং তাপীয় সম্প্রসারণ সহগ পার্থক্য প্রায়ই চাপ, dislocations, এবং অন্যান্য ত্রুটি ⇒ প্রয়োজন বাফার স্তর বা কাঠামোগত অপ্টিমাইজেশান হতে।
-
অ্যাপ্লিকেশনঃএলইডি, লেজার, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রানজিস্টরগুলিতে সাধারণ। GaN প্রায়শই সাফির, সিলিকন, বা সিআইসি সাবস্ট্র্যাটে বৃদ্ধি পায়।
VI. তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে ইপিট্যাক্সির সমালোচনামূলক ভূমিকা
তৃতীয় প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী (যেমন, SiC, GaN), প্রায় সব উন্নত শক্তি এবং অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি epitaxial স্তরগুলির উপর নির্ভর করে।
উদাহরণঃ SiC ডিভাইসঃ
বিভাজন ভোল্টেজ এবং অন-প্রতিরোধের মতো মূল পরামিতিগুলি এপিট্যাক্সিয়াল স্তরের বেধ এবং ডোপিং ঘনত্ব দ্বারা নির্ধারিত হয়।SiC সাবস্ট্র্যাট যান্ত্রিক সমর্থন এবং একটি গ্রিজ টেমপ্লেট প্রদান করে, কিন্তু ইপিট্যাক্সিয়াল স্তর প্রকৃত ডিভাইস কর্মক্ষমতা নির্ধারণ করে।
ইপিট্যাক্সিয়াল স্তর যত ঘন এবং ত্রুটিমুক্ত, ভাঙ্গন ভোল্টেজ তত বেশি এবং পারফরম্যান্স তত ভাল।
এজন্য, বড় ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে, ইপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথ প্রযুক্তি সরাসরি চূড়ান্ত ডিভাইসের পারফরম্যান্স সিলিং নির্ধারণ করে।
সংশ্লিষ্ট পণ্য
১২ ইঞ্চি সিআইসি ওয়েফার ৩০০ মিমি সিলিকন কার্বাইড ওয়েফার কন্ডাকটিভ ডামি গ্রেড এন-টাইপ রিসার্চ গ্রেড