गैलियम आर्सेनाइड सामग्री की तैयारी प्रक्रिया
1950 के दशक से, विभिन्न प्रकार के गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ के तरीकों को विकसित किया गया है। वर्तमान मुख्यधारा की औद्योगिक विकास प्रक्रियाओं में लिक्विड-सील्ड स्ट्रेट-ड्राइंग (LEC), हॉरिजॉन्टल ब्रजमैन मेथड (HB), वर्टिकल ब्रजमैन मेथड (VB) और वर्टिकल ग्रेडिएंट सॉलिडिफिकेशन (VGF) शामिल हैं।
1. तरल सील Czochralski (LEC)
LEC विधि गैर-डोप्ड अर्ध-इन्सुलेटिंग गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल (SI GaAs) के बढ़ने की मुख्य प्रक्रिया है। वर्तमान में, बाजार पर 80% से अधिक अर्ध-इन्सुलेट गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल एलईसी विधि द्वारा उगाए जाते हैं। LEC विधि एक ग्रेफाइट हीटर और एक PBN क्रूसिबल का उपयोग करती है, और 2 MPa के आर्गन वातावरण में गैलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल विकास को अंजाम देने के लिए एक तरल सीलिंग एजेंट के रूप में B2O3 का उपयोग करती है। एलईसी प्रक्रिया का मुख्य लाभ यह है कि इसकी उच्च विश्वसनीयता है और लंबे व्यास के एकल क्रिस्टल को विकसित करना आसान है। क्रिस्टल कार्बन सामग्री नियंत्रणीय है और क्रिस्टल के अर्ध-इन्सुलेट गुण अच्छे हैं। मुख्य नुकसान हैं: रासायनिक खुराक को नियंत्रित करना मुश्किल है, थर्मल क्षेत्र का तापमान ढाल बड़ा है (100 ~ 150 के / सेमी), और क्रिस्टल का अव्यवस्था घनत्व ऊपर और असमान है। जापान की हिताची केबल कं, लिमिटेड ने पहली बार 1998 में 6-इंच LEC GaAs सिंगल क्रिस्टल प्रोडक्शन लाइन की स्थापना की थी। कंपनी ने उस समय दुनिया का सबसे बड़ा GaAs सिंगल क्रिस्टल भट्टी स्थापित किया था, जिसमें 400 मिमी व्यास, 50 किलो की एक खिला क्षमता थी। और 6 इंच की सिंगल ग्रोथ। क्रिस्टल की लंबाई 350 मिमी तक पहुंचती है। 2000 में, फ्रीबर्ग ने दुनिया की पहली LEC प्रक्रिया द्वारा विकसित 8-इंच गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल की सूचना दी।
2. क्षैतिज ब्रिजमैन (HB)
एचबी विधि एक बार अर्धचालक (कम-प्रतिरोध) गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल (एससी गाएस) के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए मुख्य प्रक्रिया थी, उच्च विश्वसनीयता और स्थिरता के साथ, सामान्य दबाव में बढ़ने के लिए क्वार्ट्ज नावों और क्वार्ट्ज ट्यूबों का उपयोग करना। एचबी विधि का लाभ यह है कि आर्सेनिक वाष्प का उपयोग शरीर के स्टोइकोमेट्रिक अनुपात को ठीक से नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, और अव्यवस्थाओं को कम करने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए तापमान ढाल छोटा है। एचबी गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल का अव्यवस्था घनत्व एलईसी गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल की तुलना में कम परिमाण के एक आदेश से अधिक है। मुख्य नुकसान यह है कि पुरुषों में गैर-डोपेड अर्ध-इन्सुलेटिंग गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल उगते हैं, और उगाया जाने वाला क्रिस्टल इंटरफ़ेस डी सरनेम है, जो वेफर्स में प्रसंस्करण की प्रक्रिया में एक बड़ी सामग्री बर्बाद कर देगा। इसी समय, उच्च तापमान पर क्वार्ट्ज नौकाओं की भार-असर क्षमता के कारण बड़े व्यास के क्रिस्टल को विकसित करना मुश्किल है। वर्तमान में, एचबी प्रक्रिया का बड़े पैमाने पर उत्पादन मुख्य रूप से 2 इंच और 3 इंच क्रिस्टल के मामले में है, और गैलियम आर्सेनाइड के अधिकतम गैलियम आर्सेनाइड 4 इंच है। वर्तमान में, कई कंपनियां नहीं हैं जो गैलियम आर्सेनाइड सामग्रियों के उत्पादन के लिए एचबी प्रक्रिया का उपयोग करती हैं। वीबी और वीजीएफ प्रक्रियाओं की परिपक्वता के साथ, एचबी प्रक्रिया को धीरे-धीरे बदल दिया गया है।
3. वर्टिकल ब्रिजमैन (VB)
वीबी विधि एक क्रिस्टल विकास प्रक्रिया है जिसे 1980 के दशक के अंत में विकसित किया गया था। संश्लेषित गैलियम आर्सेनाइड पॉलीक्रिस्ट, बी 2 ओ 3 और बीज क्रिस्टल को पीबीएन क्रूसिबल में पैक किया गया था और एक वैक्यूम क्वार्ट्ज बोतल में सील किया गया था। भट्ठी शरीर को लंबवत रखा गया था। तार को एक प्रतिरोध तार द्वारा गर्म किया जाता है, और क्वार्ट्ज की बोतल को भट्ठी के शरीर के बीच में लंबवत रखा जाता है। एक उच्च तापमान पर, गैलियम आर्सेनाइड पॉलीक्रिस्ट को पिघलाया जाता है और फिर बीज क्रिस्टल के साथ फ्यूज़ किया जाता है, और फिर क्वार्ट्ज सिलेंडर और क्रूसिबल को पैंतरेबाज़ी तंत्र के माध्यम से समर्थन रॉड से नीचे की ओर ले जाया जाता है। एक निश्चित तापमान प्रवणता के तहत, एकल क्रिस्टल बीज क्रिस्टल अंत से धीरे-धीरे बढ़ता है। वीबी विधि एक कम प्रतिरोध वाले गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल या उच्च प्रतिरोध वाले सेमी-इंसुलेटिंग गैलियम आर्सेन सिंगल क्रिस्टल को उगा सकती है। क्रिस्टल का औसत ईपीडी 5,000 / सेमी -2 से नीचे है।
4. वर्टिकल ग्रेडिएंट सोलिडिफिकेशन (वर्टिकल ग्रेडिएंट फ्रीज, जिसे वीजीएफ कहा जाता है)
वीजीएफ प्रक्रिया और वीबी प्रक्रिया का सिद्धांत और अनुप्रयोग क्षेत्र मूल रूप से समान हैं। सबसे बड़ा अंतर यह है कि वीजीएफ विधि क्रिस्टल गिरने वाली गाड़ी तंत्र और घूर्णन तंत्र को रद्द कर देती है। कंप्यूटर धीरे-धीरे शांत होने के लिए थर्मल क्षेत्र को नियंत्रित करता है, और विकास इंटरफ़ेस क्रिस्टल विकास को पूरा करने के लिए पिघल के निचले छोर से ऊपर की ओर बढ़ता है। यह प्रक्रिया यांत्रिक ट्रांसमिशन तंत्र के उन्मूलन के कारण क्रिस्टल की वृद्धि के इंटरफेस को अधिक स्थिर बनाती है, और अल्ट्रा-लो डिस्लोकेटेशन गेस सिंगल क्रिस्टल के बढ़ने के लिए उपयुक्त है। वीबी और वीजीएफ प्रक्रियाओं का नुकसान यह है कि क्रिस्टल की वृद्धि प्रक्रिया के दौरान क्रिस्टल के विकास को नहीं देखा जा सकता है और न्याय किया जा सकता है, और क्रिस्टल की वृद्धि की अवधि लंबी होती है। वर्तमान में, अंतरराष्ट्रीय वाणिज्यिक स्तर 6 इंच वीबी / वीजीएफ गैलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने में सक्षम है। 2002 में, Freiberger ने VGF प्रक्रिया द्वारा विकसित दुनिया के पहले 8-इंच गैलियम आर्सेनाइड सिंगल क्रिस्टल की सूचना दी।