4வது தலைமுறை செமிகண்டக்டர்கள் காலியம் ஆக்சைடு/β-Ga2O3

முதல் தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்கள் முக்கியமாக சிலிக்கான் (Si) மற்றும் ஜெர்மானியம் (Ge) ஆகியவற்றால் குறிப்பிடப்படுகின்றன, இது 1950 களில் உயரத் தொடங்கியது. ஆரம்ப நாட்களில் ஜெர்மானியம் ஆதிக்கம் செலுத்தியது மற்றும் முக்கியமாக குறைந்த மின்னழுத்தம், குறைந்த அதிர்வெண், நடுத்தர சக்தி டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் ஃபோட்டோடெக்டர்களில் பயன்படுத்தப்பட்டது, ஆனால் அதன் மோசமான உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் கதிர்வீச்சு எதிர்ப்பின் காரணமாக, அது படிப்படியாக 1960 களின் பிற்பகுதியில் சிலிக்கான் சாதனங்களால் மாற்றப்பட்டது. . அதன் உயர் தொழில்நுட்ப முதிர்ச்சி மற்றும் செலவு நன்மைகள் காரணமாக மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் சிலிக்கான் இன்னும் முக்கிய குறைக்கடத்தி பொருளாக உள்ளது.

இரண்டாம் தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்களில் முக்கியமாக கலியம் ஆர்சனைடு (GaAs) மற்றும் இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP) போன்ற கலவை குறைக்கடத்திகள் அடங்கும், இவை அதிக செயல்திறன் கொண்ட நுண்ணலைகள், மில்லிமீட்டர் அலைகள், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ், செயற்கைக்கோள் தகவல்தொடர்புகள் மற்றும் பிற துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இருப்பினும், சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அதன் விலை, தொழில்நுட்ப முதிர்ச்சி மற்றும் பொருள் பண்புகள் ஆகியவை செலவு உணர்திறன் சந்தைகளில் இரண்டாம் தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்களின் வளர்ச்சி மற்றும் பிரபலப்படுத்துதலை மட்டுப்படுத்தியுள்ளன.

மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்திகளின் பிரதிநிதிகள் முக்கியமாக அடங்கும்காலியம் நைட்ரைடு (GaN)மற்றும்சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC), மற்றும் கடந்த இரண்டு ஆண்டுகளில் இந்த இரண்டு பொருட்களையும் அனைவரும் நன்கு அறிந்திருக்கிறார்கள். SiC அடி மூலக்கூறுகள் 1987 இல் க்ரீ (பின்னர் வொல்ஃப்ஸ்பீட் என மறுபெயரிடப்பட்டது) மூலம் வணிகமயமாக்கப்பட்டது, ஆனால் சமீபத்திய ஆண்டுகளில் டெஸ்லாவின் பயன்பாடு வரை சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்களின் பெரிய அளவிலான வணிகமயமாக்கல் உண்மையிலேயே ஊக்குவிக்கப்பட்டது. ஆட்டோமோட்டிவ் மெயின் டிரைவ்கள் முதல் ஒளிமின்னழுத்த ஆற்றல் சேமிப்பு வரை நுகர்வோர் வெள்ளை உபகரணங்கள் வரை சிலிக்கான் கார்பைடு நம் அன்றாட வாழ்க்கையில் நுழைந்துள்ளது. GaN இன் பயன்பாடு நமது தினசரி மொபைல் போன்கள் மற்றும் கணினி சார்ஜிங் சாதனங்களிலும் பிரபலமாக உள்ளது. தற்போது, ​​பெரும்பாலான GaN சாதனங்கள் <650V மற்றும் நுகர்வோர் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. SiC இன் படிக வளர்ச்சி வேகம் மிகவும் மெதுவாக உள்ளது (மணிக்கு 0.1-0.3 மிமீ), மற்றும் படிக வளர்ச்சி செயல்முறை உயர் தொழில்நுட்ப தேவைகளைக் கொண்டுள்ளது. செலவு மற்றும் செயல்திறன் அடிப்படையில், இது சிலிக்கான் அடிப்படையிலான தயாரிப்புகளுடன் ஒப்பிடமுடியாது.

நான்காவது தலைமுறை குறைக்கடத்திகள் முக்கியமாக அடங்கும்காலியம் ஆக்சைடு (Ga2O3), வைரம் (வைரம்), மற்றும்அலுமினியம் நைட்ரைடு (AlN). அவற்றில், காலியம் ஆக்சைட்டின் அடி மூலக்கூறைத் தயாரிப்பதில் உள்ள சிரமம் வைரம் மற்றும் அலுமினியம் நைட்ரைடை விட குறைவாக உள்ளது, மேலும் அதன் வணிகமயமாக்கல் முன்னேற்றம் வேகமானது மற்றும் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியது. Si மற்றும் மூன்றாம் தலைமுறைப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​நான்காவது தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்கள் அதிக பேண்ட் இடைவெளிகள் மற்றும் முறிவு புல வலிமைகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அதிக தாங்கும் மின்னழுத்தத்துடன் சக்தி சாதனங்களை வழங்க முடியும்.

SiC ஐ விட காலியம் ஆக்சைட்டின் நன்மைகளில் ஒன்று, அதன் ஒற்றை படிகத்தை திரவ நிலை முறை மூலம் வளர்க்கலாம், அதாவது Czochralski முறை மற்றும் பாரம்பரிய சிலிக்கான் கம்பி உற்பத்தியின் வழிகாட்டப்பட்ட அச்சு முறை. இரண்டு முறைகளும் முதலில் உயர் தூய்மையான காலியம் ஆக்சைடு பொடியை ஒரு இரிடியம் க்ரூசிபிளில் ஏற்றி, பொடியை உருகச் செய்ய சூடாக்கவும்.

Czochralski முறையானது படிக வளர்ச்சியைத் தொடங்க உருகின் மேற்பரப்புடன் தொடர்பு கொள்ள விதை படிகத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. அதே சமயம், விதை படிகத்தை சுழற்றி, சீரான படிக அமைப்பைக் கொண்ட ஒற்றை படிகக் கம்பியைப் பெற, விதை படிகக் கம்பி மெதுவாகத் தூக்கப்படுகிறது.

வழிகாட்டப்பட்ட அச்சு முறைக்கு ஒரு வழிகாட்டி அச்சு (இரிடியம் அல்லது பிற உயர்-வெப்பநிலை எதிர்ப்புப் பொருட்களால் ஆனது) சிலுவைக்கு மேலே நிறுவப்பட வேண்டும். வழிகாட்டி அச்சு உருகலில் மூழ்கியிருக்கும் போது, ​​உருகுவது டெம்ப்ளேட் மற்றும் சைஃபோன் விளைவு மூலம் அச்சின் மேல் மேற்பரப்பில் ஈர்க்கப்படுகிறது. உருகுவது மேற்பரப்பு பதற்றத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் ஒரு மெல்லிய படத்தை உருவாக்குகிறது மற்றும் சுற்றுப்புறங்களுக்கு பரவுகிறது. உருகும் படலத்துடன் தொடர்பு கொள்ள விதை படிகம் கீழே வைக்கப்படுகிறது, மேலும் விதை படிகத்தின் இறுதி முகத்தை விதை படிகத்தின் அதே அமைப்புடன் ஒற்றை படிகமாக படிகமாக்குவதற்கு அச்சின் மேல் வெப்பநிலை சாய்வு கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. பின்னர் விதை படிகமானது இழுக்கும் பொறிமுறையால் தொடர்ந்து மேல்நோக்கி உயர்த்தப்படுகிறது. விதைப் படிகமானது தோள்பட்டை வெளியீடு மற்றும் சம விட்டம் வளர்ச்சிக்குப் பிறகு முழு ஒற்றைப் படிகத்தையும் தயாரிப்பதை நிறைவு செய்கிறது. அச்சுகளின் மேற்பகுதியின் வடிவம் மற்றும் அளவு வழிகாட்டப்பட்ட அச்சு முறையால் வளர்க்கப்படும் படிகத்தின் குறுக்கு வெட்டு வடிவத்தை தீர்மானிக்கிறது.