MBE اور MOCVD ٹیکنالوجیز میں کیا فرق ہے؟

دونوں مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (ایم بی ای) اور دھاتی نامیاتی کیمیائی بخارات جمع (ایم او سی وی ڈی) ری ایکٹر کلین روم کے ماحول میں کام کرتے ہیں اور ویفر کی خصوصیت کے ل met میٹروولوجی ٹولز کا ایک ہی سیٹ استعمال کرتے ہیں۔ ٹھوس ماخذ ایم بی ای اعلی طہارت کا استعمال کرتا ہے ، ابتدائی پیشگیوں کو جمع کرنے کے ل aff فیوژن خلیوں میں گرم کیا جاتا ہے تاکہ جمع ہونے کو قابل بنایا جاسکے (ٹھنڈک کے لئے استعمال ہونے والے مائع نائٹروجن کے ساتھ)۔ اس کے برعکس ، ایم او سی وی ڈی ایک کیمیائی بخارات کا عمل ہے ، جو الٹرا پیور ، گیس کے ذرائع کو جمع کرنے کو قابل بنانے کے لئے استعمال کرتا ہے ، اور اس میں زہریلے گیس کے حوالے اور کمی کی ضرورت ہوتی ہے۔ دونوں تکنیکیں کچھ مادی نظاموں میں ایک جیسی ایپیٹیکسی پیدا کرسکتی ہیں ، جیسے آرسنائڈس۔ خاص مواد ، عمل اور منڈیوں کے ل other دوسری تک ایک تکنیک کے انتخاب پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔

سالماتی بیم ایپیٹیکسی

ایک MBE ری ایکٹر میں عام طور پر ایک نمونہ منتقلی چیمبر (ہوا کے لیے کھلا، ویفر سبسٹریٹس کو لوڈ اور ان لوڈ کرنے کی اجازت دینے کے لیے) اور ایک گروتھ چیمبر (عام طور پر سیل کیا جاتا ہے، اور صرف دیکھ بھال کے لیے ہوا کے لیے کھلا ہوتا ہے) پر مشتمل ہوتا ہے جہاں سبسٹریٹ کو epitaxial ترقی کے لیے منتقل کیا جاتا ہے۔ . MBE ری ایکٹر انتہائی ہائی ویکیوم (UHV) حالات میں ہوا کے مالیکیولز سے آلودگی کو روکنے کے لیے کام کرتے ہیں۔ اگر چیمبر ہوا کے لیے کھلا ہو تو ان آلودگیوں کے انخلاء کو تیز کرنے کے لیے چیمبر کو گرم کیا جا سکتا ہے۔

اکثر، ایم بی ای ری ایکٹر میں ایپیٹیکسی کے ماخذ مواد ٹھوس سیمی کنڈکٹرز یا دھاتیں ہوتے ہیں۔ یہ بہاوی خلیوں میں اپنے پگھلنے والے مقامات (یعنی ماخذ مادی بخارات) سے باہر گرم ہوتے ہیں۔ یہاں، ایٹموں یا مالیکیولز کو ایک چھوٹے یپرچر کے ذریعے MBE ویکیوم چیمبر میں لے جایا جاتا ہے، جو ایک انتہائی دشاتمک مالیکیولر بیم دیتا ہے۔ یہ گرم سبسٹریٹ پر اثر انداز ہوتا ہے۔ عام طور پر سنگل کرسٹل مواد جیسے سلکان، گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) یا دیگر سیمی کنڈکٹرز سے بنا ہوتا ہے۔ بشرطیکہ مالیکیول ڈیزورب نہ ہوں، وہ سبسٹریٹ کی سطح پر پھیل جائیں گے، جس سے اپیٹیکسیل نمو کو فروغ ملے گا۔ اس کے بعد ایپیٹیکسی کو پرت کے لحاظ سے بنایا جاتا ہے، جس میں ہر پرت کی ساخت اور موٹائی کو مطلوبہ نظری اور برقی خصوصیات کو حاصل کرنے کے لیے کنٹرول کیا جاتا ہے۔

سبسٹریٹ مرکزی طور پر، گروتھ چیمبر کے اندر، کریوشیلڈز سے گھرا ہوا ایک گرم ہولڈر پر نصب کیا جاتا ہے، جس کا سامنا فیوژن سیلز اور شٹر سسٹم ہوتا ہے۔ ہولڈر یکساں جمع اور اپیٹیکسیل موٹائی فراہم کرنے کے لیے گھومتا ہے۔ کریوشیلڈز مائع نائٹروجن کولڈ پلیٹیں ہیں جو چیمبر میں آلودگیوں اور ایٹموں کو پھنساتی ہیں جو پہلے سبسٹریٹ سطح پر نہیں پکڑے گئے تھے۔ آلودگی زیادہ درجہ حرارت پر سبسٹریٹ کے ڈیسورپشن یا مالیکیولر بیم سے 'اوور فلنگ' سے ہو سکتی ہے۔

الٹرا ہائی ویکوم ایم بی ای ری ایکٹر چیمبر جمع کرنے کے عمل کو کنٹرول کرنے کے لئے استعمال کرنے کے ل in سائٹو مانیٹرنگ ٹولز کو قابل بناتا ہے۔ عکاسی اعلی توانائی کے الیکٹران پھیلاؤ (RHED) کو نمو کی سطح کی نگرانی کے لئے استعمال کیا جاتا ہے۔ لیزر کی عکاسی ، تھرمل امیجنگ ، اور کیمیائی تجزیہ (بڑے پیمانے پر اسپیکٹومیٹری ، اوجر اسپیکٹومیٹری) بخارات والے مواد کی تشکیل کا تجزیہ کرتے ہیں۔ دوسرے سینسر کا استعمال درجہ حرارت ، دباؤ اور نمو کی شرح کی پیمائش کے لئے کیا جاتا ہے تاکہ عمل کے پیرامیٹرز کو حقیقی وقت میں ایڈجسٹ کیا جاسکے۔

شرح نمو اور ایڈجسٹمنٹ

epitaxial ترقی کی شرح، جو عام طور پر monolayer (0.1nm, 1Å) فی سیکنڈ کا تقریباً ایک تہائی ہے، بہاؤ کی شرح (سبسٹریٹ سطح پر پہنچنے والے ایٹموں کی تعداد، ماخذ کے درجہ حرارت کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے) اور سبسٹریٹ درجہ حرارت سے متاثر ہوتا ہے۔ (جو سبسٹریٹس کی سطح پر ایٹموں کی مختلف خصوصیات کو متاثر کرتا ہے اور ان کے ڈیسورپشن کو، سبسٹریٹ حرارت کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے)۔ ان پیرامیٹرز کو آزادانہ طور پر ایڈجسٹ کیا جاتا ہے اور ایم بی ای ری ایکٹر کے اندر نگرانی کی جاتی ہے، تاکہ ایپیٹیکسیل عمل کو بہتر بنایا جا سکے۔

مکینیکل شٹر سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے شرح نمو اور مختلف مواد کی سپلائی کو کنٹرول کر کے، ٹرنری اور کوٹرنری اللویز اور ملٹی لیئر ڈھانچے کو قابل اعتماد اور بار بار اگایا جا سکتا ہے۔ جمع کرنے کے بعد، تھرمل تناؤ سے بچنے کے لیے سبسٹریٹ کو آہستہ آہستہ ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور اس کی کرسٹل لائن ساخت اور خصوصیات کو نمایاں کرنے کے لیے ٹیسٹ کیا جاتا ہے۔

ایم بی ای کے لئے مادی خصوصیات

MBE میں استعمال ہونے والے III-V مادی نظام کی خصوصیات یہ ہیں:

●  سلکان: آکسائڈ ڈیسورپشن (> 1000 ° C) کو یقینی بنانے کے لئے سلیکن سبسٹریٹس میں اضافے کی ضرورت بہت زیادہ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے ، لہذا ماہر ہیٹر اور ویفر ہولڈرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ جعلی مستقل اور توسیع کے گتانک میں مماثلت کے آس پاس کے معاملات سلیکن پر III-V نمو کو ایک فعال R&D موضوع پر بناتے ہیں۔

● اینٹیمونی: III-SB سیمیکمڈکٹرز کے ل lower ، سطح سے دور ہونے سے بچنے کے لئے کم ذیلی درجہ حرارت کا استعمال کرنا چاہئے۔ اعلی درجہ حرارت پر ‘عدم مشغولیت’ بھی ہوسکتی ہے ، جہاں ایک جوہری پرجاتیوں کو ترجیحی طور پر غیر اسٹیوچومیومیٹرک مواد چھوڑنے کے لئے بخارات میں ڈال دیا جاسکتا ہے۔

● فاسفورس: III-P مرکب کے لئے ، فاسفورس کو چیمبر کے اندر اندر جمع کیا جائے گا ، جس میں وقت طلب کرنے والے صفائی کے عمل کی ضرورت ہوگی جو مختصر پیداوار کو ناقابل قابل بنا سکتی ہے۔

دھات کے نامیاتی کیمیائی بخارات جمع

MOCVD ری ایکٹر میں اعلی درجہ حرارت، پانی سے ٹھنڈا رد عمل چیمبر ہے۔ سبسٹریٹس کو گریفائٹ سسپٹر پر رکھا جاتا ہے جسے RF، مزاحمتی یا IR ہیٹنگ سے گرم کیا جاتا ہے۔ ریجنٹ گیسوں کو عمودی طور پر سبسٹریٹس کے اوپر پروسیس چیمبر میں داخل کیا جاتا ہے۔ پرت کی یکسانیت درجہ حرارت، گیس انجیکشن، گیس کے کل بہاؤ، سسپٹر کی گردش اور دباؤ کو بہتر بنا کر حاصل کی جاتی ہے۔ کیریئر گیسیں یا تو ہائیڈروجن ہیں یا نائٹروجن۔

ایپیٹاکسیل پرتوں کو جمع کرنے کے لئے ، ایم او سی وی ڈی گروپ-III عناصر اور گروپ-وی عناصر کے لئے گروپ III عناصر اور ہائیڈرائڈ گیسوں (آرسائن اور فاسفین) کے لئے ایلومینیم کے لئے ٹرائیمیتھلیگلیئم جیسے بہت زیادہ طہارت دھات کے نامیاتی پیشگی استعمال کرتا ہے۔ دھات کے حیاتیات گیس کے بہاؤ کے بلبلوں میں شامل ہیں۔ عمل چیمبر میں لگائے جانے والے حراستی کا تعین بلبلر کے ذریعے درجہ حرارت اور دھات-نامیاتی اور کیریئر گیس کے بہاؤ کے دباؤ سے ہوتا ہے۔

ریجنٹس نمو کے درجہ حرارت پر سبسٹریٹ سطح پر مکمل طور پر گل جاتے ہیں ، دھات کے جوہری اور نامیاتی ضمنی مصنوعات جاری کرتے ہیں۔ ریجنٹس کی حراستی کو بخارات کے مرکب کو ایڈجسٹ کرنے کے لئے رن/وینٹ سوئچنگ سسٹم کے ساتھ مختلف ، III-V مصر دات ڈھانچے تیار کرنے کے لئے ایڈجسٹ کیا جاتا ہے۔

سبسٹریٹ عام طور پر سیمی کنڈکٹر مواد جیسے گیلیم آرسنائیڈ، انڈیم فاسفائیڈ، یا نیلم کا سنگل کرسٹل ویفر ہوتا ہے۔ یہ رد عمل کے چیمبر کے اندر سسپٹر پر لادا جاتا ہے جس پر پیشگی گیسیں انجکشن کی جاتی ہیں۔ زیادہ تر بخارات شدہ دھاتی آرگینکس اور دیگر گیسیں بغیر کسی تبدیلی کے گرم گروتھ چیمبر کے ذریعے سفر کرتی ہیں، لیکن تھوڑی مقدار پائرولیسس (کریکنگ) سے گزرتی ہے، جس سے ذیلی قسم کے مواد پیدا ہوتے ہیں جو گرم سبسٹریٹ کی سطح پر جذب ہوتے ہیں۔ اس کے بعد سطحی رد عمل کا نتیجہ III-V عناصر کے epitaxial تہہ میں شامل ہوتا ہے۔ متبادل طور پر، غیر استعمال شدہ ری ایجنٹس اور رد عمل کی مصنوعات کو چیمبر سے نکال کر سطح سے ڈیسورپشن ہو سکتا ہے۔ مزید برآں، کچھ پیشرو سطح کی ’منفی نمو‘ اینچنگ کو آمادہ کر سکتے ہیں، جیسے GaAs/AlGaAs کی کاربن ڈوپنگ، اور مخصوص اینچنٹ ذرائع کے ساتھ۔ ایپیٹیکسی کی مستقل ساخت اور موٹائی کو یقینی بنانے کے لیے سسپٹر گھومتا ہے۔

ایم او سی وی ڈی ری ایکٹر میں مطلوبہ نمو کا درجہ حرارت بنیادی طور پر پیشگیوں کے مطلوبہ پائرولیسس کے ذریعہ طے کیا جاتا ہے ، اور پھر سطح کی نقل و حرکت کے حوالے سے بہتر بنایا جاتا ہے۔ نمو کی شرح بلبلوں میں گروپ III دھاتی نامیاتی ذرائع کے بخارات کے دباؤ سے طے کی جاتی ہے۔ سطح پر پھیلاؤ سطح پر جوہری اقدامات سے متاثر ہوتا ہے ، جس کی وجہ سے غلط سبسٹریٹس اکثر اسی وجہ سے استعمال ہوتے ہیں۔ سلیکن سبسٹریٹس میں اضافے کے لئے آکسائڈ ڈیسورپشن (> 1000 ° C) کو یقینی بنانے کے لئے بہت زیادہ درجہ حرارت کے مراحل کی ضرورت ہوتی ہے ، جس میں ماہر ہیٹر اور ویفر سبسٹریٹ ہولڈرز کا مطالبہ کیا جاتا ہے۔

ری ایکٹر کے ویکیوم پریشر اور جیومیٹری کا مطلب ہے کہ ان سیٹو مانیٹرنگ کی تکنیکیں MBE کی طرح مختلف ہوتی ہیں، MBE کے پاس عام طور پر زیادہ اختیارات اور کنفیگربلٹی ہوتی ہے۔ MOCVD کے لیے، emissivity-corrected pyrometry in-situ، wafer سطح کے درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے استعمال کیا جاتا ہے (دور دراز، تھرموکوپل پیمائش کے برعکس)؛ عکاسی سطح کی کھردری اور اپیٹیکسیل ترقی کی شرح کا تجزیہ کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ ویفر بو کی پیمائش لیزر ریفلیکشن سے کی جاتی ہے۔ اور فراہم کردہ organometallic ارتکاز کو الٹراسونک گیس کی نگرانی کے ذریعے ماپا جا سکتا ہے، تاکہ ترقی کے عمل کی درستگی اور تولیدی صلاحیت کو بڑھایا جا سکے۔

عام طور پر ، ایلومینیم پر مشتمل مرکب مرکب زیادہ درجہ حرارت (> 650 ° C) پر اگائے جاتے ہیں ، جبکہ فاسفورس پر مشتمل پرتیں کم درجہ حرارت (<650 ° C) پر اگائی جاتی ہیں ، جس میں ایل این پی کے لئے ممکنہ استثناء کے ساتھ۔ ٹیلی کام کی ایپلی کیشنز کے لئے استعمال ہونے والے الینگاس اور انگاپ مرکب مرکب کے ل Ar ، آرسائن کے کریکنگ درجہ حرارت میں فرق فاسفین کے مقابلے میں عمل کو کنٹرول کرنے کو آسان بنا دیتا ہے۔ تاہم ، ایپیٹیکسیئل ری-نمو کے لئے ، جہاں فعال پرتوں کو کھڑا کیا جاتا ہے ، فاسفین کو ترجیح دی جاتی ہے۔ اینٹیمونائڈ مواد کے ل A ، ALSB میں غیر ارادی (اور عام طور پر ناپسندیدہ) کاربن شامل ہونے کے ل a ، مناسب پیشگی ماخذ کی کمی کی وجہ سے ، مرکب دھاتوں کے انتخاب کو محدود کرتے ہیں اور اسی طرح MOCVD کے ذریعہ اینٹیمونائڈ نمو کو اپٹیک کرنا۔

انتہائی تناؤ والی پرتوں کے لئے ، معمول کے مطابق ارسنائڈ اور فاسفائڈ مواد کو استعمال کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے ، تناؤ میں توازن اور معاوضہ ممکن ہے ، جیسے GAASP رکاوٹوں اور انگاس کوانٹم کنوؤں (کیو ڈبلیو) کے لئے۔

خلاصہ

ایم بی ای کے پاس عام طور پر ایم او سی وی ڈی سے زیادہ نگرانی کے اختیارات ہوتے ہیں۔ ایپیٹاکسیل نمو کو بہاؤ کی شرح اور سبسٹریٹ درجہ حرارت کے ذریعہ ایڈجسٹ کیا جاتا ہے ، جو الگ الگ کنٹرول کیا جاتا ہے ، جس سے وابستہ انکیٹو مانیٹرنگ سے ترقی کے عمل کو زیادہ واضح ، براہ راست ، تفہیم کی اجازت ہوتی ہے۔

ایم او سی وی ڈی ایک انتہائی ورسٹائل تکنیک ہے جو پیشگی کیمسٹری کو مختلف بنا کر کمپاؤنڈ سیمیکمڈکٹرز ، نائٹرائڈس اور آکسائڈ سمیت وسیع پیمانے پر مواد جمع کرنے کے لئے استعمال کی جاسکتی ہے۔ نمو کے عمل کا عین مطابق کنٹرول الیکٹرانکس ، فوٹوونکس اور اوپٹو الیکٹرانکس میں ایپلی کیشنز کے لئے تیار کردہ خصوصیات کے ساتھ پیچیدہ سیمیکمڈکٹر ڈیوائسز کے تانے بانے کی اجازت دیتا ہے۔ MOCVD چیمبر صاف کرنے کے وقت MBE سے تیز تر ہوتے ہیں۔

ایم او سی وی ڈی تقسیم شدہ آراء (ڈی ایف بی ایس) لیزرز ، دفن شدہ ہیٹر اسٹرکچر ڈیوائسز ، اور بٹ جائنٹڈ ویو گائڈس کے ریگروتھ کے لئے بہترین ہے۔ اس میں سیمیکمڈکٹر کی سیٹو انچنگ شامل ہوسکتی ہے۔ MOCVD ، لہذا ، یک سنگی INP انضمام کے لئے مثالی ہے۔ اگرچہ GAAs میں یک سنگی انضمام اپنی بچپن میں ہی ہے ، MOCVD انتخابی رقبے کی نشوونما کو قابل بناتا ہے ، جہاں ڈائی الیکٹرک نقاب پوش علاقوں اخراج/جذب طول موج کی جگہ میں مدد کرتے ہیں۔ یہ ایم بی ای کے ساتھ کرنا مشکل ہے ، جہاں پولی کرسٹل کے ذخائر ڈائی الیکٹرک ماسک پر بن سکتے ہیں۔

عام طور پر، MBE Sb مواد کے لیے انتخاب کا ترقی کا طریقہ ہے اور MOCVD P مواد کے لیے انتخاب ہے۔ دونوں ترقی کی تکنیکوں میں As-based مواد کے لیے یکساں صلاحیتیں ہیں۔ روایتی MBE-صرف مارکیٹس، جیسے الیکٹرانکس، اب MOCVD ترقی کے ساتھ یکساں طور پر اچھی طرح سے پیش کی جا سکتی ہیں۔ تاہم، زیادہ جدید ڈھانچے، جیسے کوانٹم ڈاٹ اور کوانٹم کیسکیڈ لیزرز کے لیے، MBE کو اکثر بنیادی ایپیٹیکسی کے لیے ترجیح دی جاتی ہے۔ اگر epitaxial regrowth کی ضرورت ہو، تو MOCVD کو عام طور پر ترجیح دی جاتی ہے، اس کی اینچنگ اور ماسکنگ لچک کی وجہ سے۔