3 সি এসআইসি এর বিকাশের ইতিহাস

একটি গুরুত্বপূর্ণ ফর্ম হিসাবেসিলিকন কার্বাইড, এর বিকাশের ইতিহাস3 সি-সিCঅর্ধপরিবাহী পদার্থ বিজ্ঞানের ক্রমাগত অগ্রগতি প্রতিফলিত করে। 1980 এর দশকে, নিশিনো এট আল। রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) [1] দ্বারা সিলিকন সাবস্ট্রেটে প্রথম 4um 3C-SiC পাতলা ফিল্ম পাওয়া যায়, যা 3C-SiC পাতলা ফিল্ম প্রযুক্তির ভিত্তি স্থাপন করেছিল।

1990 এর দশকটি ছিল এসআইসি গবেষণার স্বর্ণযুগ। ক্রি রিসার্চ ইনক। 1991 এবং 1994 সালে যথাক্রমে 6H-SIC এবং 4H-SIC চিপস চালু করেছে, এর বাণিজ্যিকীকরণের প্রচার করেছেএসআইসি সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস. এই সময়ের মধ্যে প্রযুক্তিগত অগ্রগতি পরবর্তী গবেষণা এবং 3C-SiC এর প্রয়োগের ভিত্তি স্থাপন করে।

21 শতকের গোড়ার দিকে,ঘরোয়া সিলিকন ভিত্তিক এসআইসি পাতলা ছায়াছবিএছাড়াও একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে বিকশিত হয়েছে। ইয়ে ঝিজেন এট আল। 2002 সালে নিম্ন তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে সিভিডি দ্বারা সিলিকন-ভিত্তিক SiC পাতলা ছায়াছবি তৈরি করা হয়েছিল [2]। 2001 সালে, An Xia et al. ঘরের তাপমাত্রায় ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং দ্বারা সিলিকন-ভিত্তিক SiC পাতলা ফিল্ম তৈরি করা হয় [3]।

যাইহোক, Si এর জালি ধ্রুবক এবং SiC (প্রায় 20%) এর মধ্যে বড় পার্থক্যের কারণে, 3C-SiC এপিটাক্সিয়াল স্তরের ত্রুটির ঘনত্ব তুলনামূলকভাবে বেশি, বিশেষ করে যমজ ত্রুটি যেমন DPB। জালির অমিল কমাতে, গবেষকরা (0001) পৃষ্ঠে 6H-SiC, 15R-SiC বা 4H-SiC ব্যবহার করে 3C-SiC এপিটাক্সিয়াল স্তর বাড়াতে এবং ত্রুটির ঘনত্ব কমাতে সাবস্ট্রেট হিসেবে। উদাহরণস্বরূপ, 2012 সালে, Seki, Kazuaki et al. ডায়নামিক পলিমরফিক এপিটাক্সি কন্ট্রোল টেকনোলজির প্রস্তাব করেছে, যা সুপারস্যাচুরেশন নিয়ন্ত্রণ করে 6H-SiC (0001) পৃষ্ঠের বীজে 3C-SiC এবং 6H-SiC এর পলিমরফিক সিলেক্টিভ বৃদ্ধি উপলব্ধি করে [4-5]। 2023 সালে, Xun Li-এর মতো গবেষকরা বৃদ্ধি এবং প্রক্রিয়াটিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য CVD পদ্ধতি ব্যবহার করেছিলেন এবং সফলভাবে একটি মসৃণ 3C-SiC অর্জন করেছিলেনএপিট্যাক্সিয়াল স্তর14um/ঘন্টা [6] এর বৃদ্ধির হারে 4H-SIC সাবস্ট্রেটে পৃষ্ঠের কোনও ডিপিবি ত্রুটি নেই।

3C SiC-এর স্ফটিক কাঠামো এবং প্রয়োগ ক্ষেত্র

অনেক SiCD পলিটাইপের মধ্যে, 3C-SiC হল একমাত্র কিউবিক পলিটাইপ, যা β-SiC নামেও পরিচিত। এই স্ফটিক কাঠামোতে, Si এবং C পরমাণুগুলি জালিতে এক থেকে এক অনুপাতে বিদ্যমান এবং প্রতিটি পরমাণু চারটি ভিন্নধর্মী পরমাণু দ্বারা বেষ্টিত, শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন সহ একটি টেট্রাহেড্রাল কাঠামোগত ইউনিট গঠন করে। 3C-SiC-এর কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য হল যে Si-C ডায়াটমিক স্তরগুলিকে বারবার ABC-ABC-… ক্রমে সাজানো হয় এবং প্রতিটি একক কোষে তিনটি এরকম ডায়াটমিক স্তর থাকে, যাকে বলা হয় C3 প্রতিনিধিত্ব; 3C-SiC এর স্ফটিক গঠন নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে:

চিত্র 1 3C-SIC এর স্ফটিক কাঠামো

বর্তমানে, সিলিকন (Si) পাওয়ার ডিভাইসের জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর উপাদান। তবে, Si এর পারফরম্যান্সের কারণে, সিলিকন-ভিত্তিক পাওয়ার ডিভাইসগুলি সীমিত। 4H-SiC এবং 6H-SiC এর সাথে তুলনা করে, 3C-SiC-এর সর্বোচ্চ কক্ষ তাপমাত্রার তাত্ত্বিক ইলেকট্রন গতিশীলতা (1000 cm·V-1·S-1) রয়েছে এবং MOS ডিভাইস অ্যাপ্লিকেশনে এর আরও সুবিধা রয়েছে। একই সময়ে, 3C-SiC-তে উচ্চ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ, ভাল তাপ পরিবাহিতা, উচ্চ কঠোরতা, প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ এবং বিকিরণ প্রতিরোধের মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে। অতএব, এটির ইলেকট্রনিক্স, অপটোইলেক্ট্রনিক্স, সেন্সর, এবং চরম অবস্থার অধীনে অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে, সম্পর্কিত প্রযুক্তির বিকাশ এবং উদ্ভাবন প্রচার করে এবং অনেক ক্ষেত্রে ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা দেখায়:

প্রথম: বিশেষত উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে, উচ্চ ভাঙ্গন ভোল্টেজ এবং 3C-SiC এর উচ্চ ইলেক্ট্রন গতিশীলতা এটিকে MOSFET [7] এর মতো পাওয়ার ডিভাইস তৈরির জন্য একটি আদর্শ পছন্দ করে তোলে। দ্বিতীয়: ন্যানোইলেক্ট্রনিক্স এবং মাইক্রোইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল সিস্টেমে (MEMS) 3C-SiC এর প্রয়োগ সিলিকন প্রযুক্তির সাথে এর সামঞ্জস্য থেকে উপকৃত হয়, যা ন্যানোইলেক্ট্রনিক্স এবং ন্যানো ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল ডিভাইসের মতো ন্যানোস্কেল কাঠামো তৈরি করতে দেয় [৮]। তৃতীয়: একটি প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর উপাদান হিসাবে, 3C-SiC তৈরির জন্য উপযুক্তনীল আলো-নির্গত ডায়োড(এলইডি)। আলো, ডিসপ্লে প্রযুক্তি এবং লেজারগুলিতে এর প্রয়োগটি এর উচ্চ উজ্জ্বল দক্ষতা এবং সহজ ডোপিংয়ের কারণে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে [৯]। চতুর্থ: একই সময়ে, 3C-SiC পজিশন-সেনসিটিভ ডিটেক্টর, বিশেষ করে লেজার পয়েন্ট পজিশন-সেনসিটিভ ডিটেক্টর তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় ল্যাটারাল ফোটোভোলটাইক ইফেক্টের উপর ভিত্তি করে, যা শূন্য পক্ষপাতের অবস্থার অধীনে উচ্চ সংবেদনশীলতা দেখায় এবং সুনির্দিষ্ট অবস্থানের জন্য উপযুক্ত [১০] .

3. 3C SiC heteroepitaxy এর প্রস্তুতির পদ্ধতি

3 সি-সিC heteroepitaxy এর প্রধান বৃদ্ধির পদ্ধতি অন্তর্ভুক্তরাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD), পরমানন্দ এপিটাক্সি (SE), লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই), মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE), ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং, ইত্যাদি। CVD হল 3C-SiC এপিটাক্সির জন্য পছন্দের পদ্ধতি কারণ এটির নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা এবং অভিযোজনযোগ্যতা (যেমন তাপমাত্রা, গ্যাস প্রবাহ, চেম্বারের চাপ এবং প্রতিক্রিয়া সময়, যা গুণমানকে অপ্টিমাইজ করতে পারে) এপিটাক্সিয়াল স্তর)।

রাসায়নিক বাষ্প ডিপোজিশন (সিভিডি): সি এবং সি উপাদানযুক্ত একটি যৌগিক গ্যাস প্রতিক্রিয়া চেম্বারে প্রবেশ করা হয়, উত্তপ্ত এবং উচ্চ তাপমাত্রায় পচে যাওয়া হয় এবং তারপরে সি পরমাণু এবং সি পরমাণুগুলি সি সাবস্ট্রেট, বা 6 এইচ-সিআইসি, 15 আর-- এর উপর প্রবেশ করা হয় সিক, 4 এইচ-সিক সাবস্ট্রেট [11]। এই প্রতিক্রিয়াটির তাপমাত্রা সাধারণত 1300-1500 ℃ এর মধ্যে থাকে ℃ সাধারণ এসআই উত্সগুলির মধ্যে সিআইএইচ 4, টিসিএস, এমটিএস ইত্যাদি এবং সি উত্সগুলি মূলত সি 2 এইচ 4, সি 3 এইচ 8 ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত করে, এইচ 2 সহ ক্যারিয়ার গ্যাস হিসাবে। প্রবৃদ্ধি প্রক্রিয়াটি মূলত নিম্নলিখিত পদক্ষেপগুলি অন্তর্ভুক্ত করে: 1। গ্যাস ফেজ প্রতিক্রিয়া উত্সটি প্রধান গ্যাস প্রবাহে ডিপোজিশন জোনে স্থানান্তরিত হয়। 2। পাতলা ফিল্মের পূর্ববর্তী এবং উপ-পণ্যগুলি উত্পন্ন করতে সীমানা স্তরটিতে গ্যাস ফেজ প্রতিক্রিয়া দেখা দেয়। 3। পূর্ববর্তীগুলির বৃষ্টিপাত, শোষণ এবং ক্র্যাকিং প্রক্রিয়া। 4। অ্যাডসরবড পরমাণুগুলি সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত এবং পুনর্গঠন করে। 5। অ্যাডসরবড পরমাণুগুলি নিউক্লিয়েট এবং সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে বৃদ্ধি পায়। The। প্রধান গ্যাস প্রবাহ অঞ্চলে প্রতিক্রিয়ার পরে বর্জ্য গ্যাসের ব্যাপক পরিবহন এবং প্রতিক্রিয়া চেম্বারের বাইরে নিয়ে যাওয়া হয়। চিত্র 2 সিভিডি [12] এর একটি স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম।

চিত্র 2 CVD এর পরিকল্পিত চিত্র

পরমানন্দ এপিটাক্সি (SE) পদ্ধতি: চিত্র 3 হল 3C-SiC প্রস্তুত করার জন্য SE পদ্ধতির একটি পরীক্ষামূলক কাঠামো চিত্র। প্রধান ধাপগুলি হল উচ্চ তাপমাত্রার অঞ্চলে SiC উৎসের পচন এবং পরমানন্দ, সাবলাইমেটগুলির পরিবহন এবং নিম্ন তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে সাবলাইমেটগুলির প্রতিক্রিয়া এবং স্ফটিককরণ। বিশদ বিবরণ নিম্নরূপ: 6H-SiC বা 4H-SiC সাবস্ট্রেট ক্রুসিবলের শীর্ষে স্থাপন করা হয় এবংউচ্চ বিশুদ্ধতা SiC পাউডারSiC কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহৃত হয় এবং নীচের অংশে স্থাপন করা হয়গ্রাফাইট ক্রুসিবল। ক্রুশিবলটি রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি ইনডাকশন দ্বারা 1900-2100 to এ উত্তপ্ত হয় এবং সাবস্ট্রেটের তাপমাত্রা এসআইসি উত্সের চেয়ে কম হতে নিয়ন্ত্রণ করা হয়, ক্রুশিবলটির অভ্যন্তরে একটি অক্ষীয় তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট গঠন করে, যাতে সাবস্ট্রেটেড সিসি উপাদানটি সাবস্ট্রেটে সংশ্লেষ করতে পারে এবং স্ফটিক করতে পারে 3 সি-সিক হিটারোইপিটাক্সিয়াল গঠন করতে।

পরমানন্দ এপিটাক্সির সুবিধাগুলি প্রধানত দুটি দিকে রয়েছে: 1. এপিটাক্সি তাপমাত্রা বেশি, যা স্ফটিক ত্রুটিগুলি হ্রাস করতে পারে; 2. পারমাণবিক স্তরে একটি খোদাই করা পৃষ্ঠ পেতে এটি খোদাই করা যেতে পারে। যাইহোক, বৃদ্ধি প্রক্রিয়া চলাকালীন, প্রতিক্রিয়ার উত্স সামঞ্জস্য করা যায় না, এবং সিলিকন-কার্বন অনুপাত, সময়, বিভিন্ন প্রতিক্রিয়া ক্রম ইত্যাদি পরিবর্তন করা যায় না, যার ফলে বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা হ্রাস পায়।

চিত্র 3 3C-SiC এপিটাক্সি বৃদ্ধির জন্য SE পদ্ধতির পরিকল্পিত চিত্র

মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) হল একটি উন্নত পাতলা ফিল্ম গ্রোথ টেকনোলজি, যা 4H-SiC বা 6H-SiC সাবস্ট্রেটে 3C-SiC এপিটাক্সিয়াল স্তর বৃদ্ধির জন্য উপযুক্ত। এই পদ্ধতির মূল নীতি হল: একটি অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম পরিবেশে, উৎস গ্যাসের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে, ক্রমবর্ধমান এপিটাক্সিয়াল স্তরের উপাদানগুলিকে একটি দিকনির্দেশক পারমাণবিক রশ্মি বা আণবিক মরীচি গঠনের জন্য উত্তপ্ত করা হয় এবং উত্তপ্ত স্তর পৃষ্ঠের উপর ঘটনা ঘটে। এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি। 3C-SiC বৃদ্ধির সাধারণ শর্তএপিট্যাক্সিয়াল স্তরগুলি4H-SIC বা 6H-SIC স্তরগুলিতে হ'ল: সিলিকন সমৃদ্ধ অবস্থার অধীনে গ্রাফিন এবং খাঁটি কার্বন উত্সগুলি একটি ইলেক্ট্রন বন্দুক সহ বায়বীয় পদার্থগুলিতে উত্তেজিত হয় এবং 1200-1350 ℃ প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা হিসাবে ব্যবহৃত হয়। 3 সি-সিক হেটেরোইপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি 0.01-0.1 এনএমএস -1 [13] এর বৃদ্ধির হারে প্রাপ্ত করা যেতে পারে।

উপসংহার এবং সম্ভাবনা

অবিচ্ছিন্ন প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং গভীরতর প্রক্রিয়া গবেষণার মাধ্যমে, 3 সি-সিক হেটেরোইপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে আরও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে এবং উচ্চ-দক্ষতার বৈদ্যুতিন ডিভাইসের বিকাশের প্রচার করবে বলে আশা করা হচ্ছে। উদাহরণস্বরূপ, কম ত্রুটি ঘনত্ব বজায় রেখে বৃদ্ধির হার বাড়ানোর জন্য এইচসিএল বায়ুমণ্ডল প্রবর্তন করার মতো নতুন বৃদ্ধির কৌশল এবং কৌশলগুলি অন্বেষণ করা অব্যাহত রাখা ভবিষ্যতের গবেষণার দিকনির্দেশ; ত্রুটি গঠনের প্রক্রিয়া সম্পর্কে গভীরতর গবেষণা এবং আরও সুনির্দিষ্ট ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ অর্জন এবং উপাদানগুলির বৈশিষ্ট্যগুলি অনুকূল করার জন্য আরও উন্নত চরিত্রায়ন কৌশল যেমন ফটোলিউমিনেসেন্স এবং ক্যাথোডোলুমিনেসেন্স বিশ্লেষণের বিকাশ; উচ্চ-মানের পুরু ফিল্ম 3 সি-সিসির দ্রুত বৃদ্ধি হ'ল উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইসের চাহিদা পূরণের মূল চাবিকাঠি এবং বৃদ্ধির হার এবং উপাদানগুলির অভিন্নতার মধ্যে ভারসাম্য কাটিয়ে উঠতে আরও গবেষণা প্রয়োজন; এসআইসি/জিএএন-এর মতো ভিন্ন ভিন্ন কাঠামোতে 3 সি-সিসির প্রয়োগের সাথে একত্রিত হয়ে পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, অপটোলেক্ট্রনিক ইন্টিগ্রেশন এবং কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণের মতো নতুন ডিভাইসে এর সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনগুলি অন্বেষণ করুন।

তথ্যসূত্র:

[1] নিশিনো এস, হাজুকি ওয়াই, মাতসুনামি এইচ, ইত্যাদি। সিলিকন সাবস্ট্রেটের একক স্ফটিকের রাসায়নিক বাষ্পের জমা sp-সিক ফিল্মগুলির সাথে স্পটারড এসআইসি ইন্টারমিডিয়েট স্তর [জে]। ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সোসাইটির জার্নাল, 1980, 127 (12): 2674-2680।

[২] ইয়ে ঝিজেন, ওয়াং ইয়াডং, হুয়াং জিংইউন, এট আল সিলিকন-ভিত্তিক সিলিকন কার্বাইড পাতলা ফিল্মগুলির কম-তাপমাত্রা বৃদ্ধির উপর গবেষণা, 2002, 022(001):58-60। .

[3] অ্যাসিয়া, ঝুয়াং হুইজহো, লি হুয়াইক্সিয়াং, অপেক্ষা করছে (111) সি সাবস্ট্রেট।

[৪] সেকি কে, আলেকজান্ডার, কোজাওয়া এস, এবং অন্যান্য। সমাধান বৃদ্ধিতে সুপারস্যাচুরেশন নিয়ন্ত্রণ দ্বারা SiC-এর পলিটাইপ-নির্বাচিত বৃদ্ধি[জে]। জার্নাল অফ ক্রিস্টাল গ্রোথ, 2012, 360:176-180।

[৫] চেন ইয়াও, ঝাও ফুকিয়াং, ঝু বিংজিয়ান, হি শুয়াই দেশে এবং বিদেশে সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসের উন্নয়নের ওভারভিউ, 2020: 49-54।

[6] লি এক্স , ওয়াং জি . উন্নত রূপবিদ্যার সাথে 4H-SiC সাবস্ট্রেটে 3C-SiC স্তরগুলির CVD বৃদ্ধি [J]. সলিড স্টেট কমিউনিকেশন, 2023:371।

[]] হাউ কাইউইন এবং 3 সি-সিসিতে এর প্রয়োগ।

[8] লার্স, হিলার, থমাস, ইত্যাদি। ইসিআর-এ 3 সি-সিক (100) এমইএসএ স্ট্রাকচারের [জে] এর হাইড্রোজেন প্রভাবগুলি [জে]। ম্যাটারিয়ালস সায়েন্স ফোরাম, ২০১৪।

[9] জু কিংফ্যাং।

[10] ফয়েসাল এ আর এম, এনগুইন টি, দিনহ টি কে, এট আল .3 সি-সিস/এসআই হিটারোস্ট্রাকচার: ফটোভোলটাইক এফেক্টের উপর ভিত্তি করে অবস্থান-সংবেদনশীল ডিটেক্টরগুলির জন্য একটি দুর্দান্ত প্ল্যাটফর্ম [জে]। এসিএস ফলিত উপকরণ এবং ইন্টারফেস, 2019: 40980-40987।

[১১] Xin Bin 3C/4H-SiC হেটেরোপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি সিভিডি প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে: ত্রুটি বৈশিষ্ট্য এবং বিবর্তন [ডি]।

[12] ডং লিন।

[১৩] ডায়ানি এম, সাইমন এল, কুবলার এল, ইত্যাদি। 6H-SIC (0001) সাবস্ট্রেট [জে] এ 3 সি-সিক পলিটাইপের স্ফটিক বৃদ্ধি। ক্রিস্টাল গ্রোথের জার্নাল, 2002, 235 (1): 95-102।