MBE এবং MOCVD প্রযুক্তির মধ্যে পার্থক্য কি?

উভয় আণবিক মরীচি এপিটাক্সি (MBE) এবং ধাতব-জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমা (MOCVD) চুল্লি ক্লিনরুম পরিবেশে কাজ করে এবং ওয়েফার চরিত্রায়নের জন্য মেট্রোলজি সরঞ্জামগুলির একই সেট ব্যবহার করে। সলিড-উৎস MBE উচ্চ-বিশুদ্ধতা ব্যবহার করে, ইফিউশন কোষে উত্তপ্ত মৌলিক রশ্মি তৈরি করতে (ঠান্ডা করার জন্য ব্যবহৃত তরল নাইট্রোজেন সহ) একটি আণবিক মরীচি তৈরি করে। বিপরীতে, MOCVD একটি রাসায়নিক বাষ্প প্রক্রিয়া, অতি-বিশুদ্ধ, বায়বীয় উত্স ব্যবহার করে জমা করতে সক্ষম হয় এবং বিষাক্ত গ্যাস হস্তান্তর এবং হ্রাসের প্রয়োজন হয়। উভয় কৌশলই আর্সেনাইডের মতো কিছু বস্তুগত সিস্টেমে অভিন্ন এপিটাক্সি তৈরি করতে পারে। নির্দিষ্ট উপকরণ, প্রক্রিয়া এবং বাজারের জন্য একটি কৌশলের উপর অন্যটির পছন্দ নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে।

মলিকুলার বিম এপিটাক্সি

একটি এমবিই চুল্লি সাধারণত একটি নমুনা স্থানান্তর চেম্বার (বাতাসের জন্য উন্মুক্ত, ওয়েফার সাবস্ট্রেটগুলি লোড এবং আনলোড করার অনুমতি দেয়) এবং একটি গ্রোথ চেম্বার (সাধারণত সিল করা হয় এবং কেবল রক্ষণাবেক্ষণের জন্য বাতাসের জন্য খোলা থাকে) থাকে যেখানে স্তরটি এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য স্থানান্তরিত হয় যেখানে এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য স্থানান্তরিত হয় । এমবিই রিঅ্যাক্টরগুলি বায়ু অণু থেকে দূষণ রোধ করতে অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম (ইউএইচভি) শর্তে কাজ করে। চেম্বারটি বাতাসের জন্য উন্মুক্ত থাকলে এই দূষণকারীদের সরিয়ে নেওয়ার ত্বরান্বিত করার জন্য চেম্বারটি উত্তপ্ত হতে পারে।

প্রায়শই, এমবিই চুল্লীতে এপিট্যাক্সির উত্স উপকরণগুলি শক্ত অর্ধপরিবাহী বা ধাতু হয়। এগুলি ইফিউশন কোষগুলিতে তাদের গলনাঙ্ক (অর্থাত্ উত্স উপাদান বাষ্পীভবন) ছাড়িয়ে উত্তপ্ত হয়। এখানে, পরমাণু বা অণুগুলি একটি ছোট অ্যাপারচারের মাধ্যমে এমবিই ভ্যাকুয়াম চেম্বারে চালিত হয়, যা একটি অত্যন্ত দিকনির্দেশক আণবিক মরীচি দেয়। এটি উত্তপ্ত সাবস্ট্রেটের উপর চাপিয়ে দেয়; সাধারণত সিলিকন, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (জিএএএস) বা অন্যান্য অর্ধপরিবাহী যেমন একক স্ফটিক উপকরণ দিয়ে তৈরি। অণুগুলি ডেসারব করে না এমন সরবরাহ করে, তারা এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির প্রচার করে সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের উপর ছড়িয়ে পড়বে। এরপরে এপিট্যাক্সিটি স্তর অনুসারে বিল্ট-আপ স্তরটি হয়, প্রতিটি স্তরের রচনা এবং বেধটি কাঙ্ক্ষিত অপটিক্যাল এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য অর্জনের জন্য নিয়ন্ত্রিত থাকে।

সাবস্ট্রেটটি কেন্দ্রীয়ভাবে মাউন্ট করা হয়, গ্রোথ চেম্বারের মধ্যে, ক্রিওশিল্ডস দ্বারা বেষ্টিত একটি উত্তপ্ত ধারককে, ইফিউশন সেল এবং শাটার সিস্টেমের মুখোমুখি। ধারক অভিন্ন জমা এবং এপিট্যাক্সিয়াল বেধ সরবরাহ করতে ঘোরান। ক্রিওশিল্ডস হ'ল তরল-নাইট্রোজেন কুলড-প্লেট যা চেম্বারে দূষক এবং পরমাণুগুলি আটকে দেয় যা পূর্বে সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের উপর ক্যাপচার করা হয় না। দূষকগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেটের ডেসারপশন থেকে বা আণবিক মরীচি থেকে ‘ওভার ফিলিং’ করে হতে পারে।

অতি-উচ্চ-ভ্যাকুয়াম এমবিই চুল্লী চেম্বার ইন-সিটু মনিটরিং সরঞ্জামগুলি জবানবন্দির প্রক্রিয়াটি নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করতে সক্ষম করে। প্রতিচ্ছবি উচ্চ-শক্তি ইলেক্ট্রন ডিফারাকশন (আরএইচইইডি) বৃদ্ধির পৃষ্ঠটি পর্যবেক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়। লেজার প্রতিবিম্ব, তাপীয় ইমেজিং এবং রাসায়নিক বিশ্লেষণ (ভর স্পেকট্রোম্যাট্রি, অ্যাগার স্পেকট্রোম্যাট্রি) বাষ্পীভূত উপাদানের রচনাটি বিশ্লেষণ করে। অন্যান্য সেন্সরগুলি রিয়েল-টাইমে প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি সামঞ্জস্য করতে তাপমাত্রা, চাপ এবং বৃদ্ধির হার পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়।

বৃদ্ধির হার এবং সমন্বয়

এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির হার, যা সাধারণত প্রতি সেকেন্ডে একটি মনোলেয়ারের এক তৃতীয়াংশ (0.1nm, 1Å) হয়, এটি ফ্লাক্স রেট (উৎস তাপমাত্রা দ্বারা নিয়ন্ত্রিত সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে আগত পরমাণুর সংখ্যা) এবং সাবস্ট্রেট তাপমাত্রা দ্বারা প্রভাবিত হয়। (যা সাবস্ট্রেটের উপরিভাগে পরমাণুর ডিফিউসিভ বৈশিষ্ট্য এবং তাদের ডিসোর্পশনকে প্রভাবিত করে, সাবস্ট্রেট তাপ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত)। এই পরামিতিগুলি স্বাধীনভাবে সামঞ্জস্য করা হয় এবং এমবিই চুল্লির মধ্যে নিরীক্ষণ করা হয়, এপিটাক্সিয়াল প্রক্রিয়াটিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য।

যান্ত্রিক শাটার সিস্টেম ব্যবহার করে বৃদ্ধির হার এবং বিভিন্ন উপকরণের সরবরাহ নিয়ন্ত্রণ করে, টেরিনারি এবং কোয়ার্টারি অ্যালো এবং মাল্টি-লেয়ার স্ট্রাকচারগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে এবং বারবার জন্মাতে পারে। জমা দেওয়ার পরে, তাপীয় চাপ এড়াতে সাবস্ট্রেটটি ধীরে ধীরে শীতল করা হয় এবং এর স্ফটিক কাঠামো এবং বৈশিষ্ট্যগুলি চিহ্নিত করার জন্য পরীক্ষা করা হয়।

এমবিই এর জন্য উপাদান বৈশিষ্ট্য

এমবিইতে ব্যবহৃত III-V উপাদান সিস্টেমগুলির বৈশিষ্ট্যগুলি হ'ল:

● সিলিকন: সিলিকন স্তরগুলিতে বৃদ্ধির জন্য অক্সাইড ডেসারপশন (> 1000 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) নিশ্চিত করার জন্য খুব উচ্চ তাপমাত্রা প্রয়োজন, তাই বিশেষজ্ঞ হিটার এবং ওয়েফারধারীদের প্রয়োজন। জালির ধ্রুবক এবং সম্প্রসারণ সহগের সাথে মিলের আশেপাশের বিষয়গুলি সিলিকনে একটি সক্রিয় গবেষণা ও উন্নয়ন বিষয়কে III-V বৃদ্ধি করে।

●  অ্যান্টিমনি: তৃতীয়-এসবি সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য, পৃষ্ঠ থেকে ডেসারপশন এড়াতে কম সাবস্ট্রেট তাপমাত্রা ব্যবহার করতে হবে। উচ্চ তাপমাত্রায় ‘অ-কংগ্রেশন’ ও ঘটতে পারে, যেখানে একটি পারমাণবিক প্রজাতি নন-স্টোচিওমেট্রিক উপকরণ ছেড়ে যাওয়ার জন্য পছন্দসইভাবে বাষ্পীভূত হতে পারে।

●  ফসফরাস: III-P মিশ্রণের জন্য, ফসফরাস চেম্বারের অভ্যন্তরে জমা দেওয়া হবে, একটি সময় সাপেক্ষ ক্লিন-আপ প্রক্রিয়া প্রয়োজন যা স্বল্প উত্পাদনকে অযোগ্য করে তুলতে পারে।

ধাতু-জৈব রাসায়নিক বাষ্প জবানবন্দি

MOCVD চুল্লিতে একটি উচ্চ-তাপমাত্রা, জল-শীতল প্রতিক্রিয়া চেম্বার রয়েছে। সাবস্ট্রেটগুলি RF, প্রতিরোধক বা IR হিটিং দ্বারা উত্তপ্ত একটি গ্রাফাইট সাসেপ্টরের উপর অবস্থিত। বিকারক গ্যাসগুলি স্তরগুলির উপরে প্রসেস চেম্বারে উল্লম্বভাবে ইনজেক্ট করা হয়। তাপমাত্রা, গ্যাস ইনজেকশন, মোট গ্যাস প্রবাহ, সাসেপ্টর ঘূর্ণন এবং চাপ অপ্টিমাইজ করে স্তর অভিন্নতা অর্জন করা হয়। বাহক গ্যাসগুলি হয় হাইড্রোজেন বা নাইট্রোজেন।

এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি জমা করার জন্য, MOCVD খুব উচ্চ-বিশুদ্ধ ধাতু-জৈব পূর্বসূর ব্যবহার করে যেমন গ্যালিয়ামের জন্য ট্রাইমিথাইলগ্যালিয়াম বা গ্রুপ-III উপাদানগুলির জন্য অ্যালুমিনিয়ামের জন্য ট্রাইমেথাইলালুমিনিয়াম এবং গ্রুপ-V উপাদানগুলির জন্য হাইড্রাইড গ্যাস (আর্সিন এবং ফসফাইন)। ধাতব-জৈব পদার্থগুলি গ্যাস প্রবাহের বুদবুদের মধ্যে থাকে। প্রক্রিয়া চেম্বারে ইনজেক্ট করা ঘনত্ব বুদবুদের মধ্য দিয়ে ধাতব-জৈব এবং ক্যারিয়ার গ্যাস প্রবাহের তাপমাত্রা এবং চাপ দ্বারা নির্ধারিত হয়।

রিএজেন্টগুলি বৃদ্ধির তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে সম্পূর্ণরূপে পচে যায়, ধাতব পরমাণু এবং জৈব উপজাতগুলিকে ছেড়ে দেয়। রিএজেন্টের ঘনত্ব বিভিন্ন, III-V অ্যালয় স্ট্রাকচার তৈরি করার জন্য সামঞ্জস্য করা হয়, বাষ্পের মিশ্রণকে সামঞ্জস্য করার জন্য একটি রান/ভেন্ট সুইচিং সিস্টেম সহ।

সাবস্ট্রেটটি সাধারণত গ্যালিয়াম আর্সেনাইড, ইন্ডিয়াম ফসফাইড বা নীলকান্তমণির মতো অর্ধপরিবাহী উপাদানের একক স্ফটিক ওয়েফার হয়। এটি প্রতিক্রিয়া চেম্বারের মধ্যে সংবেদনশীলের উপরে লোড করা হয় যার উপরে পূর্ববর্তী গ্যাসগুলি ইনজেকশন দেওয়া হয়। বাষ্পযুক্ত ধাতব-জৈব এবং অন্যান্য গ্যাসগুলির বেশিরভাগ উত্তপ্ত বৃদ্ধি চেম্বারের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করে, তবে অল্প পরিমাণে পাইরোলাইসিস (ক্র্যাকিং) হয়, উপ-প্রজাতির উপকরণ তৈরি করে যা গরম স্তরটির পৃষ্ঠের উপরে শোষণ করে। একটি পৃষ্ঠের প্রতিক্রিয়া তখন তৃতীয়-ভি উপাদানগুলিকে একটি এপিট্যাক্সিয়াল স্তরে অন্তর্ভুক্ত করে। বিকল্পভাবে, পৃষ্ঠ থেকে ডেসারপশন ঘটতে পারে, অব্যবহৃত রিএজেন্টস এবং প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলি চেম্বার থেকে সরিয়ে নেওয়া। অতিরিক্তভাবে, কিছু পূর্ববর্তীগুলি পৃষ্ঠের ‘নেতিবাচক বৃদ্ধি’ এচিংকে প্ররোচিত করতে পারে, যেমন জিএএএস/আঞ্চলিকের কার্বন ডোপিং এবং ডেডিকেটেড এটান্ট উত্সগুলির সাথে। সংবেদনশীলটি এপিট্যাক্সির ধারাবাহিক রচনা এবং বেধগুলি নিশ্চিত করতে ঘোরান।

MOCVD চুল্লিতে প্রয়োজনীয় বৃদ্ধির তাপমাত্রা প্রাথমিকভাবে পূর্ববর্তীদের প্রয়োজনীয় পাইরোলাইসিস দ্বারা নির্ধারিত হয়, এবং তারপর পৃষ্ঠের গতিশীলতার বিষয়ে অপ্টিমাইজ করা হয়। বৃদ্ধির হার বুদবুদের মধ্যে গ্রুপ-III ধাতু-জৈব উত্সের বাষ্প চাপ দ্বারা নির্ধারিত হয়। সারফেস ডিফিউশন ভূপৃষ্ঠের পারমাণবিক পদক্ষেপ দ্বারা প্রভাবিত হয়, এই কারণে প্রায়শই ভুল উপস্তরগুলি ব্যবহার করা হয়। সিলিকন সাবস্ট্রেটের বৃদ্ধির জন্য অক্সাইড ডিসোর্পশন (>1000°C) নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত উচ্চ-তাপমাত্রার পর্যায় প্রয়োজন, বিশেষজ্ঞ হিটার এবং ওয়েফার সাবস্ট্রেট ধারকদের চাহিদা।

চুল্লীর ভ্যাকুয়াম চাপ এবং জ্যামিতির অর্থ হ'ল এমবিইর মধ্যে ইন-সিটু মনিটরিং কৌশলগুলি পরিবর্তিত হয়, এমবিইতে সাধারণত আরও বিকল্প এবং কনফিগারেশনযোগ্যতা থাকে। এমওসিভিডির জন্য, এমিসিভিটি-সংশোধন করা পাইরোমেট্রি ইন-সিটু, ওয়েফার পৃষ্ঠের তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয় (দূরবর্তী, থার্মোকল পরিমাপের বিপরীতে); প্রতিচ্ছবি পৃষ্ঠের রাউজেনিং এবং এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধির হার বিশ্লেষণ করার অনুমতি দেয়; ওয়েফার বো লেজার প্রতিচ্ছবি দ্বারা পরিমাপ করা হয়; এবং সরবরাহিত অর্গানমেটালিক ঘনত্বগুলি বৃদ্ধি প্রক্রিয়াটির যথার্থতা এবং পুনরুত্পাদনযোগ্যতা বাড়ানোর জন্য অতিস্বনক গ্যাস পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে পরিমাপ করা যেতে পারে।

সাধারণত, অ্যালুমিনিয়াম-সমৃদ্ধ ধাতুগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় (>650°C) জন্মায়, যখন ফসফরাসযুক্ত স্তরগুলি নিম্ন তাপমাত্রায় (<650°C) জন্মায়, AlInP-এর সম্ভাব্য ব্যতিক্রমগুলি সহ। টেলিকম অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহৃত AlInGaAs এবং InGaAsP অ্যালয়গুলির জন্য, আর্সিনের ক্র্যাকিং তাপমাত্রার পার্থক্য ফসফাইনের তুলনায় প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণকে সহজ করে তোলে। যাইহোক, এপিটাক্সিয়াল রি-গ্রোথের জন্য, যেখানে সক্রিয় স্তরগুলি খোদাই করা হয়, ফসফিন পছন্দ করা হয়। অ্যান্টিমোনাইড উপাদানগুলির জন্য, অ্যালএসবি-তে অনিচ্ছাকৃত (এবং সাধারণত অবাঞ্ছিত) কার্বন সংযোজন ঘটে, একটি উপযুক্ত পূর্বসূরি উত্সের অভাবের কারণে, অ্যালয়গুলির পছন্দকে সীমিত করে এবং তাই MOCVD দ্বারা অ্যান্টিমোনাইড বৃদ্ধির গ্রহণ।

অত্যন্ত চাপযুক্ত স্তরগুলির জন্য, নিয়মিতভাবে আর্সেনাইড এবং ফসফাইড উপাদানগুলি ব্যবহার করার ক্ষমতার কারণে, স্ট্রেন ভারসাম্য এবং ক্ষতিপূরণ সম্ভব, যেমন GaAsP বাধা এবং InGaAs কোয়ান্টাম ওয়েলস (QWs) এর জন্য।

সারাংশ

MBE-তে সাধারণত MOCVD-এর চেয়ে বেশি ইন-সিটু মনিটরিং বিকল্প থাকে। এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি ফ্লাক্স রেট এবং সাবস্ট্রেট তাপমাত্রার দ্বারা সামঞ্জস্য করা হয়, যা পৃথকভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়, সংশ্লিষ্ট ইন-সিটু পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে বৃদ্ধির প্রক্রিয়াগুলিকে আরও স্পষ্ট, সরাসরি, বোঝার অনুমতি দেয়।

এমওসিভিডি হ'ল একটি অত্যন্ত বহুমুখী কৌশল যা পূর্ববর্তী রসায়নকে পৃথক করে যৌগিক অর্ধপরিবাহী, নাইট্রাইড এবং অক্সাইড সহ বিস্তৃত উপকরণ জমা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। বৃদ্ধির প্রক্রিয়াটির যথাযথ নিয়ন্ত্রণ ইলেক্ট্রনিক্স, ফোটোনিকস এবং অপটোলেক্ট্রনিক্সে অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত বৈশিষ্ট্যযুক্ত জটিল অর্ধপরিবাহী ডিভাইসগুলির বানোয়াটকে অনুমতি দেয়। এমওসিভিডি চেম্বার ক্লিন-আপ সময়গুলি এমবিইর চেয়ে দ্রুত।

এমওসিভিডি বিতরণ করা প্রতিক্রিয়া (ডিএফবিএস) লেজার, সমাহিত হিটারোস্ট্রাকচার ডিভাইসগুলি এবং বাট-জয়েন্টড ওয়েভগুইডগুলির পুনঃনির্মাণের জন্য দুর্দান্ত। এর মধ্যে সেমিকন্ডাক্টরের ইন-সিটু এচিং অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। এমওসিভিডি তাই একচেটিয়া আইএনপি ইন্টিগ্রেশনের জন্য আদর্শ। যদিও জিএএএস -এ একচেটিয়া সংহতকরণ শৈশবকালে রয়েছে, এমওসিভিডি নির্বাচনী অঞ্চল বৃদ্ধিকে সক্ষম করে, যেখানে ডাইলেট্রিক মাস্কযুক্ত অঞ্চলগুলি নির্গমন/শোষণ তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে স্থান দিতে সহায়তা করে। এমবিইর সাথে এটি করা কঠিন, যেখানে পলিক্রিস্টাল ডিপোজিটগুলি ডাইলেট্রিক মাস্কে তৈরি করতে পারে।

সাধারণভাবে, MBE হল Sb উপকরণের পছন্দের বৃদ্ধির পদ্ধতি এবং MOCVD হল P উপকরণের পছন্দ। উভয় বৃদ্ধি কৌশল হিসাবে-ভিত্তিক উপকরণ জন্য একই ক্ষমতা আছে. প্রথাগত MBE-শুধু বাজার, যেমন ইলেকট্রনিক্স, এখন MOCVD বৃদ্ধির সাথে সমানভাবে ভাল পরিবেশন করা যেতে পারে। যাইহোক, আরও উন্নত কাঠামোর জন্য, যেমন কোয়ান্টাম ডট এবং কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার, MBE প্রায়ই বেস এপিটাক্সির জন্য পছন্দ করা হয়। যদি এপিটাক্সিয়াল রিগ্রোথের প্রয়োজন হয়, তাহলে MOCVD সাধারণত পছন্দ করা হয়, এর খোঁচা এবং মাস্কিং নমনীয়তার কারণে।