سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کو "ایپٹیکسیل پرت" کی ضرورت کیوں ہوتی ہے

نام کی اصل "Epitaxial Wafer"

ویفر کی تیاری دو اہم مراحل پر مشتمل ہے: سبسٹریٹ کی تیاری اور اپیٹیکسیل عمل۔ سبسٹریٹ سیمی کنڈکٹر سنگل کرسٹل مواد سے بنا ہے اور عام طور پر سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز تیار کرنے کے لیے اس پر کارروائی کی جاتی ہے۔ یہ epitaxial wafer بنانے کے لیے epitaxial پروسیسنگ سے بھی گزر سکتا ہے۔ Epitaxy سے مراد احتیاط سے پروسیس شدہ سنگل کرسٹل سبسٹریٹ پر ایک نئی سنگل کرسٹل پرت کو اگانے کا عمل ہے۔ نیا سنگل کرسٹل ایک ہی مواد کا ہو سکتا ہے جیسا کہ سبسٹریٹ (یکساں ایپیٹیکسی) یا ایک مختلف مواد (متضاد ایپیٹیکسی)۔ چونکہ نئی کرسٹل پرت سبسٹریٹ کی کرسٹل واقفیت کے ساتھ سیدھ میں بڑھتی ہے، اس لیے اسے ایپیٹیکسیل پرت کہا جاتا ہے۔ epitaxial تہہ کے ساتھ ویفر کو epitaxial wafer (epitaxial wafer = epitaxial layer + substrate) کہا جاتا ہے۔ ایپیٹیکسیل پرت پر من گھڑت آلات کو "فارورڈ ایپیٹیکسی" کہا جاتا ہے، جبکہ سبسٹریٹ پر من گھڑت آلات کو "ریورس ایپیٹیکسی" کہا جاتا ہے، جہاں ایپیٹیکسیل پرت صرف ایک سپورٹ کے طور پر کام کرتی ہے۔

یکساں اور متفاوت ایپیٹاکسی

▪یکساں ایپیٹیکسی:ایپیٹیکسیل پرت اور سبسٹریٹ ایک ہی مواد سے بنے ہیں: جیسے، Si/Si، GaAs/GaAs، GaP/GaP۔

▪متضاد ایپیٹیکسی:ایپیٹیکسیل پرت اور سبسٹریٹ مختلف مواد سے بنے ہیں: جیسے، Si/Al₂O₃، GaS/Si، GaAlAs/GaAs، GaN/SiC، وغیرہ۔

پالش ویفرز

Epitaxy کن مسائل کو حل کرتی ہے؟

سیمی کنڈکٹر ڈیوائس فیبریکیشن کے بڑھتے ہوئے پیچیدہ مطالبات کو پورا کرنے کے لیے اکیلے بلک سنگل کرسٹل مواد ناکافی ہیں۔ لہذا، 1959 کے آخر میں، پتلی واحد کرسٹل مواد کی ترقی کی تکنیک تیار کی گئی جسے ایپیٹیکسی کہا جاتا ہے۔ لیکن ایپیٹیکسیل ٹیکنالوجی نے خاص طور پر مواد کی ترقی میں کس طرح مدد کی؟ سلیکون کے لیے، سلکان ایپیٹیکسی کی نشوونما ایک ایسے نازک وقت میں ہوئی جب ہائی فریکوئنسی، ہائی پاور سلیکون ٹرانجسٹروں کو بنانے میں اہم مشکلات کا سامنا کرنا پڑا۔ ٹرانزسٹر اصولوں کے نقطہ نظر سے، اعلی تعدد اور طاقت حاصل کرنے کے لیے ضروری ہے کہ کلکٹر ریجن کا بریک ڈاؤن وولٹیج زیادہ ہو، اور سیریز کی مزاحمت کم ہو، یعنی سنترپتی وولٹیج چھوٹا ہونا چاہیے۔ پہلے کو جمع کرنے والے مواد میں اعلی مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ بعد میں کم مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے، جو ایک تضاد پیدا کرتا ہے۔ سیریز کی مزاحمت کو کم کرنے کے لیے کلیکٹر ریجن کی موٹائی کو کم کرنے سے سلیکون ویفر بہت پتلا اور پروسیسنگ کے لیے نازک ہو جائے گا، اور مزاحمت کو کم کرنا پہلی ضرورت سے متصادم ہو جائے گا۔ epitaxial ٹیکنالوجی کی ترقی نے اس مسئلے کو کامیابی سے حل کر دیا۔ حل یہ تھا کہ کم مزاحمتی سبسٹریٹ پر ایک اعلی مزاحمتی ایپیٹیکسیل پرت کو بڑھایا جائے۔ ڈیوائس کو epitaxial تہہ پر بنایا گیا ہے، جو ٹرانزسٹر کے ہائی بریک ڈاؤن وولٹیج کو یقینی بناتا ہے، جبکہ کم مزاحمتی سبسٹریٹ بنیادی مزاحمت کو کم کرتا ہے اور سنترپتی وولٹیج کو کم کرتا ہے، جس سے دونوں ضروریات کے درمیان تضاد کو حل کیا جاتا ہے۔

مزید برآں، III-V اور II-VI کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز جیسے GaAs، GaN، اور دیگر کے لیے epitaxial ٹیکنالوجیز، بشمول وانپ فیز اور مائع فیز epitaxy، نے نمایاں ترقی دیکھی ہے۔ یہ ٹیکنالوجیز بہت سے مائیکرو ویو، آپٹو الیکٹرانک، اور پاور ڈیوائسز کی تعمیر کے لیے ضروری ہو گئی ہیں۔ خاص طور پر، مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE) اور دھاتی-نامیاتی کیمیائی بخارات جمع کرنے (MOCVD) جیسی تکنیکوں کو کامیابی کے ساتھ پتلی تہوں، سپرلیٹیسس، کوانٹم ویلز، تنا ہوا سپر لیٹیسس، اور ایٹم پیمانے پر پتلی ایپیٹیکسیل تہوں پر لاگو کیا گیا ہے، جس سے ایک مضبوط بنیاد رکھی گئی ہے۔ نئے سیمی کنڈکٹر شعبوں کی ترقی جیسے "بینڈ انجینئرنگ۔"

عملی ایپلی کیشنز میں، زیادہ تر وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر آلات ایپیٹیکسیل تہوں پر من گھڑت ہوتے ہیں، جس میں سلکان کاربائیڈ (SiC) جیسے مواد کو مکمل طور پر سبسٹریٹس کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ لہذا، وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں ایپیٹیکسیل پرت کو کنٹرول کرنا ایک اہم عنصر ہے۔

ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی: سات اہم خصوصیات

1. Epitaxy کم (یا زیادہ) مزاحمتی سبسٹریٹ پر ایک اعلی (یا کم) مزاحمتی تہہ کو بڑھا سکتا ہے۔

2. Epitaxy P (یا N) قسم کے ذیلی ذخیروں پر N (یا P) قسم کی ایپیٹیکسیل تہوں کی نشوونما کی اجازت دیتا ہے، براہ راست ایک PN جنکشن بناتا ہے بغیر کسی معاوضے کے مسائل جو کہ ایک کرسٹل سبسٹریٹ پر PN جنکشن بنانے کے لیے بازی کا استعمال کرتے وقت پیدا ہوتا ہے۔

3. جب ماسک ٹکنالوجی کے ساتھ ملایا جائے تو، مخصوص علاقوں میں سلیکٹیو ایپیٹیکسیل نمو کی جا سکتی ہے، جس سے انٹیگریٹڈ سرکٹس اور خصوصی ڈھانچے کے ساتھ آلات کو تیار کیا جا سکتا ہے۔

4. ایپیٹیکسیل ترقی ڈوپنگ کی اقسام اور ارتکاز کو کنٹرول کرنے کی اجازت دیتی ہے، جس میں ارتکاز میں اچانک یا بتدریج تبدیلیاں حاصل کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔

5. Epitaxy متغیر، کثیر پرتوں والے، کثیر اجزاء والے مرکبات کو متغیر مرکبات کے ساتھ بڑھا سکتا ہے، بشمول انتہائی پتلی تہوں۔

6. ایپیٹیکسیل نمو مواد کے پگھلنے والے مقام سے نیچے درجہ حرارت پر ہو سکتی ہے، قابل کنٹرول شرح نمو کے ساتھ، جو تہہ کی موٹائی میں ایٹم کی سطح کی درستگی کی اجازت دیتی ہے۔

7. Epitaxy مواد کی واحد کرسٹل تہوں کی نشوونما کو قابل بناتا ہے جنہیں کرسٹل میں نہیں کھینچا جا سکتا، جیسے کہ GaN اور ٹرنری/کوٹرنری کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز۔

مختلف Epitaxial تہوں اور Epitaxial عمل

خلاصہ یہ کہ ایپیٹیکسیل پرتیں بلک سبسٹریٹس کے مقابلے میں زیادہ آسانی سے کنٹرول شدہ اور کامل کرسٹل ڈھانچہ پیش کرتی ہیں، جو کہ جدید مواد کی نشوونما کے لیے فائدہ مند ہے۔