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 MBE চুল্লি সাধারণত একটি নমুনা স্থানান্তর চেম্বার (বাতাসের জন্য খোলা, ওয়েফার সাবস্ট্রেটগুলিকে লোড এবং আনলোড করার অনুমতি দেওয়ার জন্য) এবং একটি বৃদ্ধি চেম্বার (সাধারণত সিল করা, এবং শুধুমাত্র রক্ষণাবেক্ষণের জন্য বাতাসের জন্য উন্মুক্ত) যেখানে সাবস্ট্রেটটি এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য স্থানান্তরিত হয়। . MBE চুল্লিগুলি বায়ুর অণু থেকে দূষণ রোধ করতে অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম (UHV) অবস্থায় কাজ করে। যদি চেম্বারটি বাতাসের জন্য উন্মুক্ত থাকে তবে এই দূষকগুলিকে ত্বরান্বিত করার জন্য চেম্বারটিকে উত্তপ্ত করা যেতে পারে।

প্রায়শই, একটি MBE চুল্লিতে এপিটাক্সির উত্স উপাদানগুলি হল কঠিন অর্ধপরিবাহী বা ধাতু। এগুলি ইফিউশন কোষে তাদের গলনাঙ্কের (অর্থাৎ উৎস উপাদান বাষ্পীভবন) অতিক্রম করে উত্তপ্ত হয়। এখানে, পরমাণু বা অণুগুলি একটি ছোট অ্যাপারচারের মাধ্যমে MBE ভ্যাকুয়াম চেম্বারে চালিত হয়, যা একটি উচ্চ দিকনির্দেশক আণবিক মরীচি দেয়। এই উত্তপ্ত স্তর উপর impinges; সাধারণত সিলিকন, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) বা অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরের মতো একক-ক্রিস্টাল উপকরণ দিয়ে তৈরি। প্রদান করে যে অণুগুলি শোষণ না করে, তারা উপস্তর পৃষ্ঠে ছড়িয়ে পড়বে, এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধিকে উন্নীত করবে। তারপরে এপিটাক্সিটি স্তরে স্তরে তৈরি করা হয়, প্রতিটি স্তরের রচনা এবং বেধকে কাঙ্ক্ষিত অপটিক্যাল এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি অর্জন করতে নিয়ন্ত্রিত করা হয়।

সাবস্ট্রেটটি কেন্দ্রীয়ভাবে, গ্রোথ চেম্বারের মধ্যে, ক্রায়োশিল্ড দ্বারা বেষ্টিত একটি উত্তপ্ত ধারকের উপর, ইফিউশন কোষ এবং শাটার সিস্টেমের মুখোমুখি হয়। ধারক অভিন্ন জমা এবং এপিটাক্সিয়াল বেধ প্রদান করতে ঘোরে। ক্রায়োশিল্ডগুলি হল তরল-নাইট্রোজেন কুলড-প্লেট যা দূষক এবং পরমাণুগুলিকে চেম্বারে আটকে রাখে যা পূর্বে স্তরের পৃষ্ঠে বন্দী করা হয়নি। দূষকগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেটের শোষণ বা আণবিক মরীচি থেকে 'ওভার ফিলিং' দ্বারা হতে পারে।

আল্ট্রা-হাই-ভ্যাকুয়াম এমবিই রিঅ্যাক্টর চেম্বার ইন-সিটু মনিটরিং সরঞ্জামগুলিকে জমা প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করতে সক্ষম করে। প্রতিফলন উচ্চ-শক্তি ইলেক্ট্রন বিচ্ছুরণ (RHEED) বৃদ্ধি পৃষ্ঠ নিরীক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়। লেজারের প্রতিফলন, তাপীয় ইমেজিং এবং রাসায়নিক বিশ্লেষণ (গণ স্পেকট্রোমেট্রি, অগার স্পেকট্রোমেট্রি) বাষ্পীভূত উপাদানের গঠন বিশ্লেষণ করে। অন্যান্য সেন্সরগুলি রিয়েল-টাইমে প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি সামঞ্জস্য করার জন্য তাপমাত্রা, চাপ এবং বৃদ্ধির হার পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়।

বৃদ্ধির হার এবং সমন্বয়

এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির হার, যা সাধারণত প্রতি সেকেন্ডে একটি মোনোলেয়ারের (0.1nm, 1Å) প্রায় এক তৃতীয়াংশ, ফ্লাক্স রেট (উৎস তাপমাত্রা দ্বারা নিয়ন্ত্রিত স্তরের 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।

একটি যান্ত্রিক শাটার সিস্টেম ব্যবহার করে বৃদ্ধির হার এবং বিভিন্ন উপকরণের সরবরাহ নিয়ন্ত্রণ করে, টারনারি এবং কোয়াটারনারি অ্যালয় এবং মাল্টি-লেয়ার স্ট্রাকচার নির্ভরযোগ্যভাবে এবং বারবার জন্মানো যেতে পারে। জমা করার পরে, তাপীয় চাপ এড়াতে স্তরটিকে ধীরে ধীরে ঠান্ডা করা হয় এবং এর স্ফটিক কাঠামো এবং বৈশিষ্ট্যগুলি চিহ্নিত করার জন্য পরীক্ষা করা হয়।

MBE এর জন্য উপাদান বৈশিষ্ট্য

MBE-তে ব্যবহৃত III-V উপাদান সিস্টেমের বৈশিষ্ট্যগুলি হল:

●  সিলিকন: সিলিকন সাবস্ট্রেটের বৃদ্ধির জন্য অক্সাইড ডিসোর্পশন (>1000°C) নিশ্চিত করতে খুব উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়, তাই বিশেষজ্ঞ হিটার এবং ওয়েফার হোল্ডার প্রয়োজন। জালি ধ্রুবক এবং সম্প্রসারণ সহগ-এর অমিলের সমস্যাগুলি সিলিকনে III-V বৃদ্ধিকে একটি সক্রিয় R&D বিষয় করে তোলে।

●  অ্যান্টিমনি: III-Sb সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য, নিম্ন স্তরের তাপমাত্রা অবশ্যই পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছিন্নতা এড়াতে ব্যবহার করতে হবে। উচ্চ তাপমাত্রায় 'অ-সঙ্গমতা'ও ঘটতে পারে, যেখানে একটি পারমাণবিক প্রজাতি অ-স্টোইচিওমেট্রিক পদার্থগুলি ছেড়ে যাওয়ার জন্য পছন্দেরভাবে বাষ্পীভূত হতে পারে।

●  ফসফরাস: III-P সংকর ধাতুগুলির জন্য, চেম্বারের ভিতরে ফসফরাস জমা করা হবে, একটি সময়সাপেক্ষ ক্লিন-আপ প্রক্রিয়া প্রয়োজন যা স্বল্প উৎপাদনকে অব্যবহারযোগ্য করে তুলতে পারে।

ধাতু-জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমা

MOCVD চুল্লিতে একটি উচ্চ-তাপমাত্রা, জল-শীতল প্রতিক্রিয়া চেম্বার রয়েছে। সাবস্ট্রেটগুলি RF, প্রতিরোধক বা IR হিটিং দ্বারা উত্তপ্ত একটি গ্রাফাইট সাসেপ্টরের উপর অবস্থিত। রিএজেন্ট গ্যাসগুলি সাবস্ট্রেটের 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।

সাবস্ট্রেট সাধারণত গ্যালিয়াম আর্সেনাইড, ইন্ডিয়াম ফসফাইড বা নীলকান্তমণির মতো অর্ধপরিবাহী উপাদানের একক-ক্রিস্টাল ওয়েফার। এটি প্রতিক্রিয়া চেম্বারের মধ্যে সাসেপ্টরের উপর লোড করা হয় যার উপরে পূর্ববর্তী গ্যাসগুলি ইনজেকশন করা হয়। বেশিরভাগ বাষ্পযুক্ত ধাতু-জৈব এবং অন্যান্য গ্যাস অপরিবর্তিতভাবে উত্তপ্ত গ্রোথ চেম্বারের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করে, তবে অল্প পরিমাণে পাইরোলাইসিস (ক্র্যাকিং) হয়, উপ-প্রজাতির উপাদান তৈরি করে যা গরম স্তরের পৃষ্ঠে শোষণ করে। একটি পৃষ্ঠ প্রতিক্রিয়া তারপর একটি এপিটাক্সিয়াল স্তরে III-V উপাদানগুলির অন্তর্ভুক্তির ফলে। বিকল্পভাবে, চেম্বার থেকে অব্যবহৃত রিএজেন্ট এবং প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলিকে সরিয়ে দিয়ে পৃষ্ঠ থেকে ডিসোর্পশন ঘটতে পারে। অতিরিক্তভাবে, কিছু অগ্রদূত পৃষ্ঠের 'নেতিবাচক বৃদ্ধি' এচিংকে প্ররোচিত করতে পারে, যেমন GaAs/AlGaAs-এর কার্বন ডোপিং এবং ডেডিকেটেড এচ্যান্ট উত্স সহ। এপিটাক্সির সামঞ্জস্যপূর্ণ রচনা এবং পুরুত্ব নিশ্চিত করতে সাসেপ্টরটি ঘোরে।

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।

চুল্লির ভ্যাকুয়াম চাপ এবং জ্যামিতির মানে হল যে ইন-সিটু মনিটরিং কৌশলগুলি MBE-এর সাথে পরিবর্তিত হয়, MBE-তে সাধারণত আরও বিকল্প এবং কনফিগারযোগ্যতা থাকে। MOCVD-এর জন্য, নির্গমন-সংশোধিত পাইরোমেট্রি ইন-সিটু, ওয়েফার পৃষ্ঠের তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয় (দূরবর্তী, থার্মোকল পরিমাপের বিপরীতে); প্রতিফলিততা পৃষ্ঠের রুক্ষতা এবং এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির হার বিশ্লেষণ করতে দেয়; ওয়েফার বো লেজার প্রতিফলন দ্বারা পরিমাপ করা হয়; এবং সরবরাহকৃত অর্গানোমেটালিক ঘনত্ব অতিস্বনক গ্যাস নিরীক্ষণের মাধ্যমে পরিমাপ করা যেতে পারে, যাতে বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার নির্ভুলতা এবং প্রজননযোগ্যতা বাড়ানো যায়।

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।

MOCVD হল একটি অত্যন্ত বহুমুখী কৌশল যা পূর্ববর্তী রসায়নের ভিন্নতার মাধ্যমে যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর, নাইট্রাইড এবং অক্সাইড সহ বিস্তৃত পরিসরের উপকরণ জমা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ ইলেকট্রনিক্স, ফোটোনিক্স এবং অপটোইলেক্ট্রনিক্সে অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত বৈশিষ্ট্য সহ জটিল সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরির অনুমতি দেয়। MOCVD চেম্বার পরিষ্কার করার সময়গুলি MBE এর চেয়ে দ্রুত।

MOCVD ডিস্ট্রিবিউটেড ফিডব্যাক (DFBs) লেজার, সমাহিত হেটেরোস্ট্রাকচার ডিভাইস এবং বাট-জয়েন্টেড ওয়েভগাইডের পুনঃবৃদ্ধির জন্য চমৎকার। এর মধ্যে সেমিকন্ডাক্টরের ইন-সিটু এচিং অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। এমওসিভিডি তাই মনোলিথিক ইনপি ইন্টিগ্রেশনের জন্য আদর্শ। যদিও GaAs-এ মনোলিথিক ইন্টিগ্রেশন তার শৈশবকালে, MOCVD নির্বাচনী এলাকার বৃদ্ধি সক্ষম করে, যেখানে অস্তরক মুখোশযুক্ত এলাকাগুলি নির্গমন/শোষণ তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে স্থান দিতে সাহায্য করে। MBE এর সাথে এটি করা কঠিন, যেখানে পলিক্রিস্টাল ডিপোজিট ডাইইলেকট্রিক মাস্কে তৈরি হতে 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।