سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ ویفر: سلکان، GaAs، SiC اور GaN کی مادی خصوصیات

01. کی بنیادی باتیںسیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ ویفر

1.1 سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ کی تعریف

سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ سے مراد سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کی تیاری میں استعمال ہونے والا بنیادی مواد ہے، عام طور پر سنگل کرسٹل یا پولی کرسٹل لائن مواد جو انتہائی صاف اور کرسٹل گروتھ ٹیکنالوجی کے ذریعے بنایا جاتا ہے۔ سبسٹریٹ ویفرز عام طور پر پتلی اور ٹھوس شیٹ کے ڈھانچے ہوتے ہیں، جن پر مختلف سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز اور سرکٹس تیار کیے جاتے ہیں۔ سبسٹریٹ کی پاکیزگی اور معیار فائنل سیمی کنڈکٹر ڈیوائس کی کارکردگی اور وشوسنییتا کو براہ راست متاثر کرتی ہے۔

1.2 سبسٹریٹ ویفرز کا کردار اور اطلاق کا میدان

سبسٹریٹ ویفرز سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے عمل میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ آلات اور سرکٹس کی بنیاد کے طور پر، سبسٹریٹ ویفرز نہ صرف پورے آلے کی ساخت کو سہارا دیتے ہیں بلکہ برقی، تھرمل اور مکینیکل پہلوؤں میں بھی ضروری مدد فراہم کرتے ہیں۔ اس کے اہم افعال میں شامل ہیں:

مکینیکل سپورٹ: بعد میں مینوفیکچرنگ کے مراحل میں معاونت کے لیے ایک مستحکم ساختی بنیاد فراہم کریں۔

تھرمل مینجمنٹ: ضرورت سے زیادہ گرمی کو آلے کی کارکردگی کو متاثر کرنے سے روکنے کے لیے گرمی کو ختم کرنے میں مدد کریں۔

برقی خصوصیات: ڈیوائس کی برقی خصوصیات کو متاثر کرتی ہے، جیسے چالکتا، کیریئر کی نقل و حرکت وغیرہ۔

ایپلی کیشن فیلڈز کے لحاظ سے، سبسٹریٹ ویفرز بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں:

مائیکرو الیکٹرانک آلات: جیسے انٹیگریٹڈ سرکٹس (ICs)، مائکرو پروسیسرز، وغیرہ۔

آپٹو الیکٹرانک آلات: جیسے ایل ای ڈی، لیزر، فوٹو ڈیٹیکٹر وغیرہ۔

اعلی تعدد والے الیکٹرانک آلات: جیسے RF یمپلیفائر، مائکروویو ڈیوائسز وغیرہ۔

پاور الیکٹرانک آلات: جیسے پاور کنورٹرز، انورٹرز وغیرہ۔

02. سیمی کنڈکٹر مواد اور ان کی خصوصیات

سلکان (Si) سبسٹریٹ

سنگل کرسٹل سلکان اور پولی کرسٹل لائن سلکان کے درمیان فرق:

سلکان سب سے زیادہ استعمال ہونے والا سیمی کنڈکٹر مواد ہے، بنیادی طور پر سنگل کرسٹل سلکان اور پولی کرسٹل لائن سلکان کی شکل میں۔ سنگل کرسٹل سلکان ایک مسلسل کرسٹل ڈھانچے پر مشتمل ہے، جس میں اعلیٰ پاکیزگی اور عیب سے پاک خصوصیات ہیں، جو اعلیٰ کارکردگی والے الیکٹرانک آلات کے لیے بہت موزوں ہے۔ پولی کرسٹل لائن سلکان متعدد دانوں پر مشتمل ہے، اور اناج کے درمیان اناج کی حدود ہیں۔ اگرچہ مینوفیکچرنگ لاگت کم ہے، لیکن برقی کارکردگی ناقص ہے، اس لیے یہ عام طور پر کچھ کم کارکردگی یا بڑے پیمانے پر ایپلی کیشن کے منظرناموں میں استعمال ہوتا ہے، جیسے کہ شمسی خلیات۔

·الیکٹرانک خصوصیات اور سلکان سبسٹریٹ کے فوائد:

سلیکون سبسٹریٹ میں اچھی الیکٹرانک خصوصیات ہیں، جیسے کہ ہائی کیریئر موبلٹی اور اعتدال پسند توانائی کا فرق (1.1 eV)، جو سیلیکون کو زیادہ تر سیمی کنڈکٹر آلات کی تیاری کے لیے ایک مثالی مواد بناتا ہے۔

اس کے علاوہ، سلکان سبسٹریٹس کے درج ذیل فوائد ہیں:

اعلی پاکیزگی: اعلی درجے کی طہارت اور ترقی کی تکنیک کے ذریعے، بہت زیادہ طہارت واحد کرسٹل سلکان حاصل کیا جا سکتا ہے.

لاگت کی تاثیر: دوسرے سیمی کنڈکٹر مواد کے مقابلے میں، سلیکون کی کم قیمت اور ایک پختہ مینوفیکچرنگ عمل ہے۔

آکسائیڈ کی تشکیل: سلیکان قدرتی طور پر سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO2) کی ایک تہہ بنا سکتا ہے، جو آلہ کی تیاری میں ایک اچھی موصل تہہ کے طور پر کام کر سکتا ہے۔

گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) سبسٹریٹ

· GaAs کی اعلی تعدد کی خصوصیات:

گیلیم آرسنائیڈ ایک کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر ہے جو خاص طور پر ہائی فریکوئنسی اور تیز رفتار الیکٹرانک آلات کے لیے اس کی ہائی الیکٹران موبلٹی اور وسیع بینڈ گیپ کی وجہ سے موزوں ہے۔ GaAs آلات اعلی کارکردگی اور کم شور کی سطح کے ساتھ اعلی تعدد پر کام کر سکتے ہیں۔ یہ مائکروویو اور ملی میٹر لہر ایپلی کیشنز میں GaA کو ایک اہم مواد بناتا ہے۔

· آپٹو الیکٹرانکس اور اعلی تعدد والے الیکٹرانک آلات میں GaAs کا اطلاق:

اس کے براہ راست بینڈ گیپ کی وجہ سے، GaAs آپٹو الیکٹرانک آلات میں بھی بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، GaAs مواد ایل ای ڈی اور لیزرز کی تیاری میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ اس کے علاوہ، GaAs کی ہائی الیکٹران موبلیٹی اسے RF ایمپلیفائرز، مائکروویو ڈیوائسز، اور سیٹلائٹ کمیونیکیشن کے آلات میں اچھی کارکردگی دکھانے پر مجبور کرتی ہے۔

سلکان کاربائیڈ (SiC) سبسٹریٹ

· تھرمل چالکتا اور SiC کی اعلی طاقت کی خصوصیات:

سلکان کاربائیڈ ایک وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر ہے جس میں بہترین تھرمل چالکتا اور ہائی بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ ہے۔ یہ خصوصیات SiC کو ہائی پاور اور اعلی درجہ حرارت کی ایپلی کیشنز کے لیے بہت موزوں بناتی ہیں۔ SiC ڈیوائسز وولٹیجز اور درجہ حرارت پر سلکان ڈیوائسز سے کئی گنا زیادہ کام کر سکتی ہیں۔

· پاور الیکٹرانک آلات میں SiC کے فوائد:

SiC سبسٹریٹس پاور الیکٹرانک آلات میں نمایاں فوائد دکھاتے ہیں، جیسے کم سوئچنگ نقصانات اور اعلی کارکردگی۔ یہ SiC کو ہائی پاور کنورژن ایپلی کیشنز جیسے کہ الیکٹرک گاڑیاں، ہوا اور سولر انورٹرز میں تیزی سے مقبول بناتا ہے۔ اس کے علاوہ، ایس آئی سی اپنے اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کی وجہ سے ایرو اسپیس اور صنعتی کنٹرول میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔

گیلیم نائٹرائڈ (GaN) سبسٹریٹ

· اعلی الیکٹران کی نقل و حرکت اور GaN کی نظری خصوصیات:

گیلیم نائٹرائڈ ایک اور وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر ہے جس میں انتہائی اعلی الیکٹران کی نقل و حرکت اور مضبوط نظری خصوصیات ہیں۔ GaN کی ہائی الیکٹران موبلٹی اسے ہائی فریکوئنسی اور ہائی پاور ایپلی کیشنز میں بہت موثر بناتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، GaN الٹرا وائلٹ سے مرئی حد تک روشنی کا اخراج کر سکتا ہے، جو مختلف قسم کے آپٹو الیکٹرانک آلات کے لیے موزوں ہے۔

· پاور اور آپٹو الیکٹرانک آلات میں GaN کا اطلاق:

پاور الیکٹرونکس کے شعبے میں، GaN ڈیوائسز اپنے ہائی بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ اور کم آن مزاحمت کی وجہ سے پاور سپلائیز اور RF ایمپلیفائرز کو تبدیل کرنے میں بہترین ہیں۔ اسی وقت، GaN آپٹو الیکٹرانک آلات میں بھی اہم کردار ادا کرتا ہے، خاص طور پر ایل ای ڈی اور لیزر ڈائیوڈز کی تیاری میں، لائٹنگ اور ڈسپلے ٹیکنالوجیز کی ترقی کو فروغ دیتا ہے۔

· سیمی کنڈکٹرز میں ابھرتے ہوئے مواد کا امکان:

سائنس اور ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، ابھرتے ہوئے سیمی کنڈکٹر مواد جیسے کہ گیلیم آکسائیڈ (Ga2O3) اور ہیرے نے بڑی صلاحیت ظاہر کی ہے۔ گیلیم آکسائیڈ میں الٹرا وائیڈ بینڈ گیپ (4.9 eV) ہے اور یہ ہائی پاور الیکٹرانک آلات کے لیے بہت موزوں ہے، جب کہ ہیرے کو بہترین تھرمل کی وجہ سے ہائی پاور اور ہائی فریکونسی ایپلی کیشنز کی اگلی نسل کے لیے ایک مثالی مواد سمجھا جاتا ہے۔ چالکتا اور انتہائی اعلی کیریئر کی نقل و حرکت۔ ان نئے مواد سے مستقبل کے الیکٹرانک اور آپٹو الیکٹرانک آلات میں اہم کردار ادا کرنے کی توقع ہے۔

03. ویفر مینوفیکچرنگ کا عمل

3.1 سبسٹریٹ ویفرز کی گروتھ ٹیکنالوجی

3.1.1 Czochralski طریقہ (CZ طریقہ)

Czochralski طریقہ سنگل کرسٹل سلکان ویفرز بنانے کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔ یہ ایک بیج کرسٹل کو پگھلے ہوئے سلکان میں ڈبو کر اور پھر اسے آہستہ آہستہ باہر نکال کر کیا جاتا ہے، تاکہ پگھلا ہوا سلیکان بیج کرسٹل پر کرسٹلائز ہو کر ایک کرسٹل میں بڑھ جائے۔ یہ طریقہ بڑے سائز کا، اعلیٰ معیار کا سنگل کرسٹل سلکان پیدا کر سکتا ہے، جو بڑے پیمانے پر مربوط سرکٹس کی تیاری کے لیے بہت موزوں ہے۔

3.1.2 برج مین طریقہ

Bridgman طریقہ عام طور پر کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز کو اگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جیسے کہ گیلیم آرسنائیڈ۔ اس طریقہ کار میں، خام مال کو ایک کروسیبل میں پگھلی ہوئی حالت میں گرم کیا جاتا ہے اور پھر ایک کرسٹل بنانے کے لیے آہستہ آہستہ ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ برج مین طریقہ کرسٹل کی ترقی کی شرح اور سمت کو کنٹرول کر سکتا ہے اور پیچیدہ کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز کی تیاری کے لیے موزوں ہے۔

3.1.3 مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (MBE)

مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی ایک ٹیکنالوجی ہے جو سبسٹریٹس پر انتہائی پتلی سیمی کنڈکٹر تہوں کو اگانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ یہ الٹرا ہائی ویکیوم ماحول میں مختلف عناصر کے مالیکیولر بیم کو درست طریقے سے کنٹرول کرکے اور سبسٹریٹ پر تہہ بہ تہہ جمع کرکے اعلیٰ معیار کی کرسٹل تہیں بناتا ہے۔ MBE ٹیکنالوجی خاص طور پر اعلیٰ درستگی والے کوانٹم ڈاٹس اور انتہائی پتلی ہیٹروجنکشن ڈھانچے کی تیاری کے لیے موزوں ہے۔

3.1.4 کیمیائی بخارات کا ذخیرہ (CVD)

کیمیائی بخارات کا ذخیرہ ایک پتلی فلم جمع کرنے والی ٹیکنالوجی ہے جو بڑے پیمانے پر سیمی کنڈکٹرز اور دیگر اعلیٰ کارکردگی والے مواد کی تیاری میں استعمال ہوتی ہے۔ CVD گیس کے پیش خیمہ کو گلا کر ایک ٹھوس فلم بنانے کے لیے سبسٹریٹ کی سطح پر جمع کرتا ہے۔ CVD ٹیکنالوجی انتہائی کنٹرول شدہ موٹائی اور ساخت کے ساتھ فلمیں تیار کر سکتی ہے، جو پیچیدہ آلات کی تیاری کے لیے بہت موزوں ہے۔

3.2 ویفر کاٹنا اور پالش کرنا

3.2.1 سلکان ویفر کاٹنے والی ٹیکنالوجی

کرسٹل کی نشوونما مکمل ہونے کے بعد، بڑے کرسٹل کو پتلی ٹکڑوں میں کاٹ کر ویفرز بن جائیں گے۔ سلیکون ویفر کاٹنے میں عام طور پر ڈائمنڈ آری بلیڈ یا تار آری ٹیکنالوجی کا استعمال ہوتا ہے تاکہ کاٹنے کی درستگی کو یقینی بنایا جا سکے اور مادی نقصان کو کم کیا جا سکے۔ کاٹنے کے عمل کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ ویفر کی موٹائی اور سطح کی چپٹی ضروریات کو پورا کرتی ہے۔

------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------------

VeTek سیمی کنڈکٹر ایک پیشہ ور چینی صنعت کار ہے۔4°آف ایکسس p-type ایس سی ویفر, 4H N قسم SiC سبسٹریٹ، اور4H نیم موصل قسم کا SiC سبسٹریٹ.  VeTek Semiconductor مختلف کے لیے جدید حل فراہم کرنے کے لیے پرعزم ہے۔ایس سی ویفرسیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے لیے مصنوعات۔ 

اگر آپ اس میں دلچسپی رکھتے ہیں۔سیمی کنڈکٹر سبسٹریٹ ویفرs، براہ مہربانی بلا جھجھک ہم سے براہ راست رابطہ کریں۔

موب: +86-180 6922 0752

واٹس ایپ: +86 180 6922 0752

ای میل: anny@veteksemi.com