تاریخچه توسعه ویفر InP دو اینچی

ویفرهای 2 اینچی InP پس از چندین دهه کار روی یک کریستال دشوار رشد کردند. فسفید ایندیم دارای یک باند مستقیم در حدود 1.34 eV است، اما فسفر در نقطه ذوب تبخیر می شود، که بلورهای اولیه را کوچک و معیوب می کند. رشد انجماد شیب عمودی و محصور شده در مایع، بسترهای 2 اینچی را کاربردی کرد و لیزرهای فیبر نوری و آشکارسازها آنها را از نظر تجاری مهم کردند.

چرا InP توجه را به خود جلب کرد

ایندیم فسفید یک نیمه هادی مرکب III-V است. سه ویژگی آن را برای محققان در اواسط قرن بیستم جالب کرد:

• فاصله باند مستقیمبنابراین برخلاف سیلیکون نور را به طور موثر ساطع و جذب می کند.
• سرعت الکترون بالا، برای ترانزیستورهای فرکانس بالا مفید است.
• تطبیق شبکهبا آلیاژهای InGaAs و InGaAsP که می توانند در طول موج های 1.3 میکرومتر و 1.55 میکرومتر تنظیم شوند، جایی که فیبر نوری تلفات کمی دارد.

مشکل اولیه: بخار فسفر

در نقطه ذوب InP، تقریباً 1060 درجه سانتیگراد، فسفر دارای فشار بخار بسیار بالایی است. در یک بوته باز فرار می کند و یک مذاب غنی از ایندیم و یک کریستال پر از نقص باقی می گذارد. محققان اولیه فقط می‌توانستند بلورهای کوچک و نامنظم بسازند که برای اندازه‌گیری ویژگی‌های اولیه کافی بود اما برای تولید ویفرهای قابل استفاده کافی نبود.

Czochralski محصور شده با مایع (LEC)

موفقیت این بود که مذاب را با لایه ای از اکسید بور مذاب (B2O3) بپوشانیم و کشنده را در یک محفظه فشار بالا پر از گاز بی اثر قرار دهیم. محصورکننده و فشار، فسفر را در مذاب نگه می‌دارند در حالی که کریستال بذر کشیده می‌شود، مانند رشد استاندارد Czochralski. LEC که برای ترکیبات III-V از اواخر دهه 1960 توسعه یافت، امکان رشد کریستال های گرد InP را به اندازه کافی بزرگ کرد تا به ویفرهایی با قطر حدود 2 اینچ بریده شوند.

کریستال‌های LEC یک نقطه ضعف داشتند: شیب‌های حرارتی شدید در کشنده، تنش ایجاد می‌کردند، تراکم دررفتگی بالا و گاهی اوقات دوقلو شدن. که بازده دستگاه محدود است.

فریز گرادیان عمودی و بریجمن عمودی

بعدها، پرورش دهندگان به طور فزاینده ای از روش های انجماد شیب عمودی (VGF) و بریجمن عمودی (VB) استفاده کردند. مذاب به آرامی از دانه ای در ته بوته در یک گرادیان دمای کنترل شده جامد می شود. شیب ملایم تر به معنای تنش کمتر و چگالی حفره کمتر است. این روش‌ها برای زیرلایه‌های مورد استفاده در لیزرها و آشکارسازها، که دررفتگی‌ها عمر دستگاه را کوتاه می‌کنند، مهم شدند.

فیبر نوری تقاضا را افزایش می دهد

با گسترش شبکه های فیبر نوری در فواصل طولانی، لیزرها و آشکارسازهای نوری 1.3 و 1.55 میکرومتر به بسترهای InP نیاز داشتند. دیودهای نوری InGaAs/InP و لیزرهای InGaAsP/InP به بخش های استاندارد سیستم های مخابراتی تبدیل شدند. سازندگان دستگاه‌ها به ویفرهای ثابت و با ویژگی‌های خوب نیاز داشتند و 2 اینچ برای سال‌های متمادی به اندازه‌ای ثابت برای این صنعت تبدیل شد.

گزینه های دوپینگی که استاندارد شدند

سطوح بهتر و ویفرهای آماده epi-ready

عملکرد دستگاه به آنچه در سطح ویفر در طول اپیتاکسی توسط MOCVD یا MBE اتفاق می افتد بستگی دارد. فرآیندهای پرداخت و تمیز کردن تا زمانی که تامین کنندگان بتوانند ویفرهای آماده epi را که بدون اچ کردن اضافی وارد راکتور می شوند، تحویل دهند، بهبود یافت. مشخصات صافی (TTV، کمان، تار) و زبری سطح در طول مسیر سفت شد.

ویفرهای بزرگتر و نقش 2 اینچی امروزه

ویفرهای 3 اینچی و 4 اینچی InP اکنون در تولید حجمی رایج هستند و اندازه های بزرگتر در حال توسعه هستند. 2 اینچ ناپدید نشده است. هنوز به طور گسترده برای موارد زیر استفاده می شود:

• تحقیقات دانشگاه و موسسه
• نمونه سازی و دستگاه های تخصصی کم حجم
• توسعه فرآیند اپیتاکسی، جایی که هزینه کمتر برای هر ویفر اهمیت دارد
• ابزار و وسایل ساخته شده برای زیرلایه های 2 اینچی

InP شکننده‌تر و گران‌تر از سیلیکون یا GaA است، بنابراین حمل و نقل و بسته‌بندی دقیق هنوز بخشی از داستان است. شما می توانید گزینه های فعلی را در ما ببینیدویفر 2 اینچی InPصفحه و یا مرور کاملمحدوده ویفر InP.

سوالات متداول

چرا رشد InP سخت تر از سیلیکون است؟فسفر دارای فشار بخار بالایی در نقطه ذوب است، بنابراین رشد به یک کپسولان، فشار بالا یا یک سیستم مهر و موم نیاز دارد و کریستال مستعد دوقلو شدن و دررفتگی است.

InP برای چه مواردی استفاده می شود؟عمدتاً لیزرها و آشکارسازهای نوری برای ارتباطات فیبر نوری، به علاوه ترانزیستورهای فرکانس بالا و برخی مدارهای مجتمع فوتونیک.

آیا InP 2 اینچی هنوز ارزش خرید دارد؟بله برای تحقیق، نمونه سازی و توسعه فرآیند، جایی که هزینه کمتر ویفر و ابزارهای سازگار بیشتر از توان عملیاتی اهمیت دارند.