موقعیت‌ها و توسعه‌ها در موضوع رشد گالیوم آرسنیک بر روی سیلیسیوم



موقعیت‌ها و توسعه‌ها در موضوع رشد گالیوم آرسنیک بر روی سیلیسیوم

 

مترجم: فرید احسانلو
منبع:راسخون
 
گالیوم آرسنید (GaAs) ماده نسبتاً جدیدی است که در عرصه تکنولوژی نیمرساناها پدید آمده است. کارآیی این ماده از سیلیسیوم، که ماده‌ای مشهور و بسیار متداول است، به مراتب نوید بخش‌تر است. رشد با کیفیت عالی GaAs بر روی پایه (یا زیر لایه) سیلسیوم به کمک فرایند معروف به برآرست باریکه مولکولی (MBE)، این نوید را می دهد که در زمینه مخابرات و تراشه‌های کامپیوتر دگرگونی‌های بنیادیی به وجود آید.
از گداخت این سیستم‌های دو ماده‌ای ترکیب دورگه‌ای به دست می‌آید که در آن از مزیت‌های هر دو ماده GaAs و Si استفاده می‌شود. تکنولوژی بسیار پیشرفته تراشه‌های با پایه Si، و کیفیت عالی، رسانندگی گرمایی، قدرت و اندازه زیر لایه‌های Si شالوده ایده آلی برای وسایل نیمرساناست. از سوی دیگر، علامت‌های الکتریکی از GaAs خیلی سریعتر از Si عبور می‌کنند و تحریک GaAs با علامتهای الکتریکی منجر به گسیل نور می شود.
ترکیب GaAs با Si امکانات جالبی به وجود می‌آورد. مدارهای یکپارچه تک سنگ GaAs و Si ارتباط تراشه – به تراشه را از طریق علامت‌های نوری امکان پذیر می سازد. اخیراً موفقیت این تکنولوژی با گزارشهایی از عمل لیزرهای GaAs رشد داده شده بر روی Si در دمای اتاق تأیید شده است. از وسایل GaAs با جریان زیاد می‌توان به عنوان خروجی یا محرک‌های اتصال برای مدارهای منطقی ترانزیستوری با جریان کم (نیمرسانای اکسید فلز با کانال N سیلسیوم SiNMOS) استفاده کرد و سرعت کار کامپیوترها را در مجموع افزایش داد. ارائه این دو رگه سازی توجه محافل صنعتی را به خود جلب کرده است.
افزایش فعالیت در این تکنولوژی پیامد پیدا شدن راه حل‌های تازه‌ای برای دو مشکل جدی بوده است. یکی از مشکلات این است که فاصله میان اتم‌ها در GaAs به اندازه ۴% از فاصله میان اتم‌ها در Si بیشتر است. چون فیلم‌های نازک نیمرسانا (لایه برآرستی) از لحاظ اندازه و ساختار به مانند زیر لایه رشد می‌کنند. این ناهمسازی فاصله‌ها باعث ایجاد کشش و در نتیجه ایجاد ناکاملی می‌شود. این درزهای ساختاری، که در رفتگی‌های ناجور نامیده می‌شوند، کارآیی الکتریکی و اپتیکی وسایلی از قبیل ترانزیستورها و لیزرها را کاهش می‌دهند. این مشکل با انتخاب سمتیت مناسب برای زیر لایه (نحوه بریدن زیر لایه از کپه بلور) و رشد سدهای دررفتگی برطرف می‌شود. کیفیتی که برای کنترل کاستی با این تکنیک‌ها به دست می‌آید، با نتایج عالی حاصل از ترانزیستورهای دو حاملی با پیوندگاه ناهمگن رشد داده بر روی Si، تأیید شده است. این ترانزیستورها، که مشخصه‌های ترابرد الکتریکی منحصر به فرد دارند، نسبت به کاستی‌ها بسیار حساس‌اند. مشکل دیگر وقتی به وجود می‌آید که بخواهیم یک آرایش همدوس از اتم‌های مواد قطبی (در این حالت GaAs) بر روی زیر لایه غیر قطبی (Si) داشته باشیم. به کمک MBE می‌توان تک لایه‌ای از اتم‌های As یا Ga بر روی زیر لایه رسوب داد. در این فرآیند رشد بلور، از تبخی دقیقاً کنترل شده مواد بر روی یک زیر لایه، در خلأ بسیار بالا، استفاده می‌شود. این روش با تضمین موضع‌های مناسب برای اتم‌های Ga و As راه حل ظریفی برای این مسئله فراهم آورده است. دامنه توانایی‌های تکنولوژی رشد دادن GaAs بر روی Si وسیع است. نتایج اولیه نشان داده است که سیستم دیگری مانند کادمیوم تلورید جیوه، که کاربرد ویژه آن در آشکارسازی نوری است، می‌تواند بر روی زیر لایه سیلسیوم با اندود GaAs رشد داده شود. چون مدار پردازش علامت می‌تواند بر روی زیر لایه Si قرار بگیرد، این امر آشکارسازی نوری را بهبود می‌بخشد. یک امکان جالب دیگر، کاربرد کلسیم فلوئورید به عنوان عایق میان لایه‌های GaAs است، که ساختن مدارهای سه بعدی را امکان پذیر می سازد. در کامپیوتر از GaAs برای تسریع در اجرای عملیاتی که در آن‌ها زمان اهمیت فوق العاده دارد استفاده می‌شود، در حالی که Si برای اجرای عملیاتی که در آنها زمان اهمیت کمتری دارد به کار می‌رود. این کیفیت نوید می‌دهد که تنگناهایی که فعلاً پردازش داده‌ها و سرعت سیستم‌های کامپیوتری را در مجموع محدود می‌سازد تخفیف پیدا کنند. رشد دادن GaAs بر روی Si، در واقع، بهترین کیفیت‌های سیستم‌های هر ماده را عرضه می‌کند و پیشی گرفتن بر هر دو ماده را در کاربردهای الکترونیکی و اپتو الکترونیکی سریع نوید می‌دهد.

 



لینک منبع

اشتراک گذاری مطلب

انتشار مطالب با ذکر منبع مجاز می باشد.