আণবিক মাত্রার স্ফটিক বৃদ্ধির পেছনের নীতিগুলো বোঝা

আণবিক রশ্মি ইপিট্যাক্সি, যা সাধারণত এমবিই নামে পরিচিত, আধুনিক অর্ধপরিবাহী গবেষণা এবং উত্পাদনে ব্যবহৃত সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট পাতলা-ফিল্ম জমা প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটি।আর্থার এবং আলফ্রেড Y১৯৬০-এর দশকের শেষের দিকে বেল ল্যাবরেটরিজ-এ এমবিই উন্নত অর্ধপরিবাহী ডিভাইসের জন্য উচ্চমানের ইপিট্যাক্সিয়াল স্তর উত্পাদন করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্ল্যাটফর্ম হয়ে উঠেছে।

গত কয়েক দশক ধরে, এমবিই সিস্টেমগুলি ক্রমাগত বিকশিত হয়েছে।তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ এবং ইন-সিতু চরিত্রগতকরণ উল্লেখযোগ্যভাবে স্ফটিকের গুণমান উন্নত করেছে, প্রক্রিয়া পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা, ফলন এবং বেধের অভিন্নতা ক্রমবর্ধমান বড় ওয়েফার জুড়ে।

এই প্রক্রিয়াটি অতি-উচ্চ-ভ্যাকুয়াম পরিবেশে ঘটে। উত্স উপাদানগুলি গরম করা হয় যতক্ষণ না তারা পরমাণু বা অণুর রশ্মি তৈরি করে, যা একটি উত্তপ্ত স্তর দিকে ভ্রমণ করে।

যখন এই পারমাণবিক বা আণবিক রশ্মি সক্রিয় স্তর পৃষ্ঠ পৌঁছানোর, একটি সিরিজ শারীরিক এবং রাসায়নিক প্রক্রিয়া ঘটতে. সঠিকভাবে উৎস প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে,স্তর তাপমাত্রা এবং বৃদ্ধি সময়, এমবিই অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট ফিল্ম ডিপোজিশন অর্জন করতে পারে, কিছু ক্ষেত্রে একক-আণবিক স্তর নিয়ন্ত্রণের কাছাকাছি।

এই ক্ষমতাটি অর্ধপরিবাহী heterostructures, কোয়ান্টাম কাঠামো এবং অন্যান্য ডিভাইসের জন্য বিশেষভাবে মূল্যবান যা রচনা এবং ইন্টারফেস মানের খুব সঠিক নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।

আণবিক রশ্মি উৎসঃ একটি এমবিই সিস্টেমের হৃদয়

সলিড-সোর্স এমবিই সিস্টেমের জন্য, আণবিক রশ্মি উত্স সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উপাদানগুলির মধ্যে একটি।

বিভিন্ন উত্স উপকরণ উপযুক্ত বীম স্থিতিশীলতা এবং বিশুদ্ধতা অর্জন করার জন্য বিভিন্ন বাষ্পীভবন-উত্স ডিজাইন প্রয়োজন। অ্যান্টিমোনাইড এবং অন্যান্য III-V উপকরণ সহ যৌগিক অর্ধপরিবাহী বৃদ্ধিতে,প্রতিটি উপাদানের বাষ্প-চাপ এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্যগুলির উপর নির্ভর করে একাধিক উত্স কনফিগারেশন ব্যবহার করা যেতে পারে।

একটি আদর্শ উৎস একটি স্থির বা তরল উত্স উপাদান ধারণকারী একটি inert crucible গঠিত। crucible গরম করা হয়, প্রায়ই প্রতিরোধী গরম উপাদান ব্যবহার করে,যতক্ষণ না উপাদানটি বাষ্পীভূত হয় এবং একটি আণবিক বা পারমাণবিক রশ্মি গঠন করে.

সোর্স তাপমাত্রা স্থিতিশীল করতে থার্মোকপল এবং সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রক ব্যবহার করা হয়।আশেপাশের উপাদানগুলি থেকে অবাঞ্ছিত গরম এবং আউটগ্যাসিং রোধ করার জন্য সোর্স সমাবেশের চারপাশে জল-কুলিং সিস্টেমগুলিও সাধারণত ব্যবহৃত হয়, যা অন্যথায় ইপিট্যাক্সিয়াল স্তরকে দূষিত করতে পারে।

পরমাণু যখন সাবস্ট্র্যাটে পৌঁছায় তখন কী হয়?

এমবিই বৃদ্ধির প্রক্রিয়াতে বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়া জড়িত।

প্রথমত, প্রবেশকারী পরমাণু বা অণুগুলি স্তর পৃষ্ঠের উপর শোষিত হয়।

শোষণের পরে, এই প্রজাতিগুলি পৃষ্ঠ জুড়ে ছড়িয়ে পড়তে পারে এবং উপাদান সিস্টেমের উপর নির্ভর করে বিচ্ছিন্নতা অনুভব করতে পারে।

কিছু পরমাণু তারপর স্তর বা ক্রমবর্ধমান epitaxial স্তর এর স্ফটিক গ্রিড মধ্যে অন্তর্ভুক্ত করা হয়।অন্যান্য পরমাণু যা অন্তর্ভূক্ত করা হয় না তা তাপ শক্তির কারণে অবশেষে পৃষ্ঠ থেকে desorbed হতে পারে.

III-V সেমিকন্ডাক্টর MBE এর জন্য, এই প্রক্রিয়াগুলি সাবস্ট্র্যাট তাপমাত্রা এবং গ্রুপ III এবং গ্রুপ V উপাদানের আপেক্ষিক প্রবাহ দ্বারা দৃঢ়ভাবে প্রভাবিত হয়।

স্তর তাপমাত্রা পৃষ্ঠের ছড়িয়ে পড়া, মাইগ্রেশন এবং desorption নিয়ন্ত্রণ করে। গ্রুপ III ফ্লাক্স দৃঢ়ভাবে জমাট বাঁধার হার এবং অন্তর্ভুক্তি প্রক্রিয়া প্রভাবিত করে,যখন গ্রুপ ভি ফ্লাক্স পৃষ্ঠের স্টিকিওমেট্রি নিয়ন্ত্রণ করতে সাহায্য করে, ডিসর্পশন আচরণ এবং V/III অনুপাত।

এই প্যারামিটারগুলির মধ্যে সঠিক ভারসাম্য বজায় রাখা স্থিতিশীল ইপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি অর্জনের জন্য অপরিহার্য।

ফ্রাঙ্ক ভ্যান ডের মেরউ মোডে, জমা হওয়া পরমাণু এবং স্তরগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়া জমা হওয়া পরমাণুগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়া থেকে শক্তিশালী।

ফলস্বরূপ, পরমাণুগুলি স্তর জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে, দ্বি-মাত্রিক নিউক্লিয়াস গঠন করে যা ধীরে ধীরে অবিচ্ছিন্ন পরমাণু স্তরে একত্রিত হয়।

পরপর স্তরগুলি পরপরভাবে জমা হয়, একটি তুলনামূলকভাবে মসৃণ এবং অভিন্ন ফিল্ম তৈরি করে।

এই বৃদ্ধির মোডটি প্রায়শই পছন্দসই হয় যখন অত্যন্ত সমতল এপিট্যাক্সিয়াল স্তর এবং সুনির্দিষ্ট ইন্টারফেসগুলির প্রয়োজন হয়।

2স্ট্রাঙ্কস্কি ক্রাস্তানভ বৃদ্ধিঃ স্তর-প্লাস-দ্বীপ বৃদ্ধি

স্ট্রাঙ্কি-ক্রাস্তানোভের বৃদ্ধি স্তর-স্তর জমাট বাঁধার মাধ্যমে শুরু হয়।

যাইহোক, একবার ইপিট্যাক্সিয়াল ফিল্মটি একটি সমালোচনামূলক বেধে পৌঁছে গেলে, সঞ্চিত স্ট্রেস এবং পৃষ্ঠের শক্তিতে পরিবর্তনগুলি দ্বি-মাত্রিক বৃদ্ধি অব্যাহত রাখতে পারে যা শক্তির পক্ষে অনুকূল নয়।

এই সময়ে, প্রাথমিক ভিজা স্তরের উপরে ত্রিমাত্রিক দ্বীপগুলি গঠিত হতে শুরু করে।

এই রূপান্তরটি বিশেষত চাপযুক্ত হেটেরোপিটাক্সিয়াল সিস্টেমে গুরুত্বপূর্ণ এবং এটি নির্দিষ্ট স্ব-সমন্বিত ন্যানোস্ট্রাকচারগুলির গঠনের সাথেও যুক্ত।

3ভলমার-ওয়েবার বৃদ্ধি: দ্বীপবৃদ্ধি

ভোলমার-ওয়েবার মোডে, জমা থাকা পরমাণুগুলির মধ্যে আকর্ষণটি স্তরটির সাথে তাদের মিথস্ক্রিয়া থেকে শক্তিশালী।

উপরিভাগকে সমানভাবে ভিজিয়ে রাখার পরিবর্তে, পরমাণুগুলি একত্রিত হয় এবং পৃথক ত্রিমাত্রিক দ্বীপ গঠন করে।

যেমন জমাট বাঁধতে থাকে, এই দ্বীপগুলো বড় হয় এবং শেষ পর্যন্ত এক অবিচ্ছিন্ন ফিল্মে একত্রিত হতে পারে।

কেন এমবিই বৃদ্ধি গতিবিদ্যা দ্বারা প্রভাবিত হয়

অনেক এমবিই প্রক্রিয়া সম্পূর্ণ তাপগতিগত ভারসাম্যের জন্য প্রয়োজনীয় তাপমাত্রার চেয়ে কম তাপমাত্রায় সম্পাদিত হয়।

ফলস্বরূপ, স্ফটিকের বৃদ্ধি প্রায়শই পৃষ্ঠের বিস্তার, অ্যাডসরপশন, অন্তর্ভুক্তি এবং ডেসর্পশন সহ গতিশীল প্রক্রিয়া দ্বারা শক্তিশালীভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়।

সাবস্ট্র্যাট পৃষ্ঠের ফ্রি এনার্জিইন্টারফেস শক্তি এবং ক্রমবর্ধমান ফিল্মের পৃষ্ঠ শক্তি তাই উপাদানটি দ্বি-মাত্রিক বা ত্রি-মাত্রিক মোডে বৃদ্ধি পায় কিনা তা নির্ধারণে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে.

উচ্চমানের স্তর-প্রস্তর বৃদ্ধি জন্য, epitaxial কাঠামোর সমন্বিত পৃষ্ঠ এবং ইন্টারফেস শক্তি একটি স্থিতিশীল, মসৃণ ফিল্ম গঠন অনুকূল করা উচিত।

এই সংমিশ্রণ অতি উচ্চ শূন্যতা,অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট উৎস নিয়ন্ত্রণ এবং পারমাণবিক-স্কেল পৃষ্ঠ গতিবিদ্যা কি MBE এর অনন্য ক্ষমতা দেয় কিছু সবচেয়ে সঠিকভাবে ইঞ্জিনিয়ারিং অর্ধপরিবাহী কাঠামো আজ উপলব্ধ উত্পাদন.