ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ ଏପିଟାକ୍ସି: ଆଧୁନିକ ଶକ୍ତି ଏବଂ RF ଡିଭାଇସ୍ ପଛରେ ଥିବା ବୈଷୟିକ ଭିତ୍ତିଭୂମି

ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାର ଅଗ୍ରଗତି ଦୁଇଟି ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ କ୍ଷେତ୍ରରେ ସଫଳତା ଦ୍ୱାରା ବର୍ଦ୍ଧିତ ହେଉଛି:ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ସଏବଂଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର। ଏହି ଦୁଇଟି ଉପାଦାନ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଯାନ, 5G ବେସ୍ ଷ୍ଟେସନ୍, କଞ୍ଜ୍ୟୁମର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ଏବଂ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଯୋଗାଯୋଗ ପ୍ରଣାଳୀରେ ବ୍ୟବହୃତ ଉନ୍ନତ ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକର ବୈଦ୍ୟୁତିକ, ତାପଜ ଏବଂ ନିର୍ଭରଯୋଗ୍ୟ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରିବା ପାଇଁ ଏକାଠି କାର୍ଯ୍ୟ କରନ୍ତି।

ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଭୌତିକ ଏବଂ ସ୍ଫଟିକ ଭିତ୍ତିଭୂମି ପ୍ରଦାନ କରୁଥିବା ବେଳେ, ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମ କୋର ଗଠନ କରେ ଯେଉଁଠାରେ ଉଚ୍ଚ-ଆବୃତ୍ତି, ଉଚ୍ଚ-ଶକ୍ତି, କିମ୍ବା ଅପ୍ଟୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ଆଚରଣ ଇଞ୍ଜିନିୟର୍ଡ ହୋଇଥାଏ। ସେମାନଙ୍କର ସୁସଙ୍ଗତତା - ସ୍ଫଟିକ ସଂରଚନା, ତାପଜ ବିସ୍ତାର ଏବଂ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଗୁଣ - ଉଚ୍ଚ ଦକ୍ଷତା, ଦ୍ରୁତ ସୁଇଚିଂ ଏବଂ ଅଧିକ ଶକ୍ତି ସଞ୍ଚୟ ସହିତ ଡିଭାଇସ୍ ବିକାଶ କରିବା ପାଇଁ ଅତ୍ୟାବଶ୍ୟକ।

ଏହି ପ୍ରବନ୍ଧଟି କିପରି ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା କାର୍ଯ୍ୟ କରେ, କାହିଁକି ସେଗୁଡ଼ିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ, ଏବଂ ସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ସାମଗ୍ରୀର ଭବିଷ୍ୟତକୁ କିପରି ଆକାର ଦିଏ ତାହା ବ୍ୟାଖ୍ୟା କରେ ଯେପରିକିSi, GaN, GaAs, ନୀଳାକୃତି, ଏବଂ SiC.

1. କ’ଣସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍?

ଏକ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ହେଉଛି ଏକକ-କ୍ରିଷ୍ଟାଲ "ପ୍ଲାଟଫର୍ମ" ଯାହା ଉପରେ ଏକ ଉପକରଣ ନିର୍ମିତ ହୁଏ। ଏହା ଗଠନମୂଳକ ସମର୍ଥନ, ତାପ ଅପଚୟ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ଗୁଣବତ୍ତା ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ଆବଶ୍ୟକ ପରମାଣୁ ଟେମ୍ପଲେଟ୍ ପ୍ରଦାନ କରେ।

ସବଷ୍ଟ୍ରେଟର ମୁଖ୍ୟ କାର୍ଯ୍ୟଗୁଡ଼ିକ

• ଯାନ୍ତ୍ରିକ ସହାୟତା:ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣ ଏବଂ କାର୍ଯ୍ୟ ସମୟରେ ଉପକରଣଟି ଗଠନମୂଳକ ଭାବରେ ସ୍ଥିର ରହିବାକୁ ନିଶ୍ଚିତ କରେ।

• ସ୍ଫଟିକ ଟେମ୍ପଲେଟ୍:ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତରକୁ ସଂଲଗ୍ନ ପରମାଣୁ ଜାଲି ସହିତ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ମାର୍ଗଦର୍ଶନ କରେ, ତ୍ରୁଟି ହ୍ରାସ କରେ।

• ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଭୂମିକା:ବିଦ୍ୟୁତ୍ ପରିଚାଳନା କରିପାରେ (ଯଥା, Si, SiC) କିମ୍ବା ଏକ ଇନସୁଲେଟର ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିପାରେ (ଯଥା, ନୀଳମଣି)।

ସାଧାରଣ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ସାମଗ୍ରୀ

ସବଷ୍ଟ୍ରେଟଗୁଡ଼ିକ କିପରି ନିର୍ମିତ ହୁଏ

1. ସାମଗ୍ରୀ ଶୁଦ୍ଧିକରଣ:ସିଲିକନ୍ କିମ୍ବା ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ଯୌଗିକଗୁଡ଼ିକୁ ଅତ୍ୟନ୍ତ ବିଶୁଦ୍ଧତା ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପରିଷ୍କାର କରାଯାଏ।

2. ଏକକ-ସ୍ଫଟିକ ବୃଦ୍ଧି:

   • ଜୋକ୍ରାଲସ୍କି (CZ)– ସିଲିକନ୍ ପାଇଁ ସବୁଠାରୁ ସାଧାରଣ ପଦ୍ଧତି।

   • ଫ୍ଲୋଟ୍-ଜୋନ୍ (FZ)– ଅତି-ଉଚ୍ଚ-ପବିତ୍ରତା ସ୍ଫଟିକ ଉତ୍ପାଦନ କରେ।

3. ୱେଫର କାଟିବା ଏବଂ ପଲିସ୍ କରିବା:ବୋଲ୍ସକୁ ୱାଫରରେ କାଟି ପରମାଣୁ ମସୃଣତା ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପଲିସ୍ କରାଯାଏ।

4. ସଫା କରିବା ଏବଂ ଯାଞ୍ଚ:ପ୍ରଦୂଷଣକାରୀ ପଦାର୍ଥ ଅପସାରଣ ଏବଂ ତ୍ରୁଟି ଘନତା ଯାଞ୍ଚ କରିବା।

ବୈଷୟିକ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜଗୁଡ଼ିକ

କିଛି ଉନ୍ନତ ସାମଗ୍ରୀ - ବିଶେଷକରି SiC - ଅତ୍ୟନ୍ତ ଧୀର ସ୍ଫଟିକ ବୃଦ୍ଧି (କେବଳ 0.3-0.5 ମିମି/ଘଣ୍ଟା), କଡ଼ା ତାପମାତ୍ରା ନିୟନ୍ତ୍ରଣ ଆବଶ୍ୟକତା ଏବଂ ବଡ଼ ସ୍ଲାଇସିଂ କ୍ଷତି (SiC କେର୍ଫ କ୍ଷତି >70% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପହଞ୍ଚିପାରେ) ହେତୁ ଉତ୍ପାଦନ କରିବା କଷ୍ଟକର। ଏହି ଜଟିଳତା ହେଉଛି ତୃତୀୟ ପିଢ଼ିର ସାମଗ୍ରୀ ମହଙ୍ଗା ରହିବାର ଏକ କାରଣ।

୨. ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର କ'ଣ?

ଏକ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ବୃଦ୍ଧି କରିବା ଅର୍ଥ ହେଉଛି ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଉପରେ ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ସଂଲଗ୍ନ ଜାଲିସ୍ ଦିଗନିର୍ଦ୍ଦେଶ ସହିତ ଏକ ପତଳା, ଉଚ୍ଚ-ଶୁଦ୍ଧତା, ଏକକ-ସ୍ଫଟିକ ଫିଲ୍ମ ଜମା କରିବା।

ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରେବୈଦ୍ୟୁତିକ ଆଚରଣଶେଷ ଉପକରଣର।

ଏପିଟାକ୍ସି କାହିଁକି ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ?

• ସ୍ଫଟିକ ଶୁଦ୍ଧତା ବୃଦ୍ଧି କରେ

• କଷ୍ଟମାଇଜ୍ କରାଯାଇଥିବା ଡୋପିଂ ପ୍ରୋଫାଇଲଗୁଡ଼ିକୁ ସକ୍ଷମ କରେ

• ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ତ୍ରୁଟି ପ୍ରସାରଣ ହ୍ରାସ କରେ

• କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ ୱେଲ୍ସ, HEMTs, ଏବଂ ସୁପରଲାଟିସେସ୍ ଭଳି ଇଞ୍ଜିନିୟର୍ଡ ହେଟେରୋଷ୍ଟ୍ରକ୍ଚର ଗଠନ କରେ

ମୁଖ୍ୟ ଏପିଟାକ୍ସି ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା

ଏପିଟାକ୍ସୀରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ପାରାମିଟରଗୁଡ଼ିକ

• ସ୍ତର ଘନତା:କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ କୂପ ପାଇଁ ନାନୋମିଟର, ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଉପକରଣ ପାଇଁ 100 μm ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ।

• ଡୋପିଂ:ଅଶୁଦ୍ଧତାର ସଠିକ ପ୍ରବେଶ ମାଧ୍ୟମରେ ବାହକ ସାନ୍ଦ୍ରତାକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରେ।

• ଇଣ୍ଟରଫେସ୍ ଗୁଣବତ୍ତା:ଜାଲିସ ମେଳ ନ ଥିବାରୁ ସ୍ଥାନଚ୍ୟୁତି ଏବଂ ଚାପକୁ କମ କରିବା ଆବଶ୍ୟକ।

ହେଟେରୋଏପିଟାକ୍ସିରେ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜଗୁଡ଼ିକ

• ଜାଲି ମେଳ ଖାଉନାହିଁ:ଉଦାହରଣ ସ୍ୱରୂପ, GaN ଏବଂ ନୀଳାକୃତି ~13% ମେଳ ଖାଉନାହାଁନ୍ତି।

• ତାପଜ ବିସ୍ତାର ମେଳ ନାହିଁ:ଥଣ୍ଡା ହେବା ସମୟରେ ଫାଟ ସୃଷ୍ଟି କରିପାରେ।

• ତ୍ରୁଟି ନିୟନ୍ତ୍ରଣ:ବଫର ସ୍ତର, ଗ୍ରେଡେଡ୍ ସ୍ତର, କିମ୍ବା ନ୍ୟୁକ୍ଲିଏସନ୍ ସ୍ତର ଆବଶ୍ୟକ।

3. ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ ଏପିଟାକ୍ସି କିପରି ଏକାଠି କାମ କରେ: ବାସ୍ତବ-ବିଶ୍ୱ ଉଦାହରଣ

ନୀଳମଣି ଉପରେ GaN LED

• ନୀଳମଣି ଶସ୍ତା ଏବଂ ଅନ୍ତର୍ନିହିତ।

• ବଫର ସ୍ତର (AlN କିମ୍ବା ନିମ୍ନ-ତାପମାନ GaN) ଜାଲିସ ଅସଙ୍ଗତି ହ୍ରାସ କରେ।

• ମଲ୍ଟି-କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ କୂପ (InGaN/GaN) ସକ୍ରିୟ ଆଲୋକ-ନିର୍ଗମକାରୀ ଅଞ୍ଚଳ ଗଠନ କରନ୍ତି।

• 10⁸ cm⁻² ତଳେ ତ୍ରୁଟି ଘନତା ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଆଲୋକୀୟ ଦକ୍ଷତା ହାସଲ କରେ।

SiC ପାୱାର MOSFET

• ଉଚ୍ଚ ଭାଙ୍ଗିବା କ୍ଷମତା ସହିତ 4H-SiC ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ବ୍ୟବହାର କରେ।

• ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ଡ୍ରିଫ୍ଟ ସ୍ତର (୧୦-୧୦୦ μm) ଭୋଲଟେଜ୍ ରେଟିଂ ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରେ।

• ସିଲିକନ୍ ପାୱାର ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକ ତୁଳନାରେ ~90% କମ୍ ପରିବହନ କ୍ଷତି ପ୍ରଦାନ କରେ।

GaN-on-Silicon RF ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକ

• ସିଲିକନ୍ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକ ଖର୍ଚ୍ଚ ହ୍ରାସ କରେ ଏବଂ CMOS ସହିତ ସମନ୍ୱୟକୁ ଅନୁମତି ଦିଏ।

• AlN ନ୍ୟୁକ୍ଲିଏସନ୍ ସ୍ତର ଏବଂ ଇଞ୍ଜିନିୟର୍ଡ ବଫରଗୁଡ଼ିକ ଷ୍ଟ୍ରେନ୍ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରନ୍ତି।

• ମିଲିମିଟର-ତରଙ୍ଗ ଫ୍ରିକ୍ୱେନ୍ସିରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରୁଥିବା 5G PA ଚିପ୍ସ ପାଇଁ ବ୍ୟବହୃତ।

୪. ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ବନାମ ଏପିଟାକ୍ସି: ମୂଳ ପାର୍ଥକ୍ୟ

୫. ଏହି ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାଗୁଡ଼ିକ କେଉଁ ଆଡ଼କୁ ଯାଉଛି

ବଡ଼ ୱେଫର ଆକାର

• Si ୧୨-ଇଞ୍ଚକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ ହେଉଛି

• SiC 6-ଇଞ୍ଚରୁ 8-ଇଞ୍ଚକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ ହେଉଛି (ମୁଖ୍ୟ ଖର୍ଚ୍ଚ ହ୍ରାସ)

• ବଡ଼ ବ୍ୟାସ ଥ୍ରୁପୁଟ୍‌କୁ ଉନ୍ନତ କରେ ଏବଂ ଡିଭାଇସ୍‌ର ମୂଲ୍ୟ ହ୍ରାସ କରେ

କମ୍ ମୂଲ୍ୟର ହେଟେରୋଏପିଟାକ୍ସି

ମହଙ୍ଗା ଦେଶୀୟ GaN ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ର ବିକଳ୍ପ ଭାବରେ GaN-on-Si ଏବଂ GaN-on-Sapphire ଆକର୍ଷଣ ହାସଲ କରିଚାଲିଛନ୍ତି।

ଉନ୍ନତ କଟିଂ ଏବଂ ବୃଦ୍ଧି କୌଶଳ

• କୋଲ୍ଡ-ସ୍ପ୍ଲିଟ୍ ସ୍ଲାଇସିଂ SiC କେର୍ଫ କ୍ଷତିକୁ ~75% ରୁ ~50% କୁ ହ୍ରାସ କରିପାରିବ।

• ଉନ୍ନତ ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ ଡିଜାଇନ୍ SiC ଉପଜ ଏବଂ ଏକରୂପତା ବୃଦ୍ଧି କରେ।

ଅପ୍ଟିକାଲ୍, ପାୱାର ଏବଂ RF କାର୍ଯ୍ୟର ସମନ୍ୱୟ

ଏପିଟାକ୍ସି ଭବିଷ୍ୟତର ସମନ୍ୱିତ ଫଟୋନିକ୍ସ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ-ଦକ୍ଷତା ପାୱାର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ ପାଇଁ ଆବଶ୍ୟକ କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ କୂପ, ସୁପରଲାଟିସେସ୍ ଏବଂ ଷ୍ଟ୍ରେଣ୍ଡ ସ୍ତରଗୁଡ଼ିକୁ ସକ୍ଷମ କରିଥାଏ।

ଉପସଂହାର

ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ ଏପିଟାକ୍ସି ଆଧୁନିକ ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ଯନ୍ତ୍ରଗୁଡ଼ିକର ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ମେରୁଦଣ୍ଡ ଗଠନ କରେ। ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଭୌତିକ, ତାପଜ ଏବଂ ସ୍ଫଟିକ ଭିତ୍ତିଭୂମି ସ୍ଥାପନ କରେ, ଯେତେବେଳେ ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ବୈଦ୍ୟୁତିକ କାର୍ଯ୍ୟକାରିତାକୁ ପରିଭାଷିତ କରେ ଯାହା ଉନ୍ନତ ଡିଭାଇସ୍ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ସକ୍ଷମ କରିଥାଏ।

ଚାହିଦା ବୃଦ୍ଧି ପାଇବା ସହିତଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି, ଉଚ୍ଚ ଆବୃତ୍ତି, ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଦକ୍ଷତାସିଷ୍ଟମଗୁଡ଼ିକ - ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଯାନବାହନରୁ ଡାଟା ସେଣ୍ଟର ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ - ଏହି ଦୁଇଟି ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଏକାଠି ବିକଶିତ ହେବ। ୱାଫର ଆକାର, ତ୍ରୁଟି ନିୟନ୍ତ୍ରଣ, ହେଟେରୋଏପିଟାକ୍ସି ଏବଂ ସ୍ଫଟିକ ବୃଦ୍ଧିରେ ଉଦ୍ଭାବନ ପରବର୍ତ୍ତୀ ପିଢ଼ିର ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ସାମଗ୍ରୀ ଏବଂ ଡିଭାଇସ୍ ସ୍ଥାପତ୍ୟକୁ ଆକାର ଦେବ।