কোয়ার্টজ ওয়েফার: বৈশিষ্ট্য, প্রকার এবং শিল্প অ্যাপ্লিকেশন

একটি কোয়ার্টজ ওয়েফার কি?

ক কোয়ার্টজ ওয়েফার একটি পাতলা, ফ্ল্যাট ডিস্ক বা প্লেট যা একটি একক-ক্রিস্টাল বা ফিউজড সিলিকা কোয়ার্টজ ইনগট থেকে কাটা, নির্ভুল-স্থল এবং সঠিক বেধ এবং পৃষ্ঠের সহনশীলতার জন্য পালিশ করা হয়। এটি সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাব্রিকেশন, অপটিক্যাল সিস্টেম, MEMS ডিভাইস এবং ফ্রিকোয়েন্সি কন্ট্রোল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে একটি ভিত্তিগত স্তর বা কার্যকরী উপাদান হিসাবে কাজ করে। সিলিকন ওয়েফারের বিপরীতে, কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি তাদের তাপীয় স্থিতিশীলতা, ইউভি স্বচ্ছতা এবং পাইজোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য মূল্যবান - গুণাবলী যা নির্দিষ্ট উচ্চ-কর্মক্ষমতা পরিবেশে তাদের অপরিবর্তনীয় করে তোলে।

কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি একটি একক পণ্য নয় বরং ক্রিস্টাল কাট, বিশুদ্ধতা গ্রেড, ব্যাস এবং পৃষ্ঠের ফিনিস দ্বারা আলাদা করা নির্ভুল উপাদানগুলির একটি পরিবার। সেগুলি নির্দিষ্ট করার বা কেনার আগে এই পার্থক্যগুলি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ৷

কোয়ার্টজ ওয়েফারের মূল প্রকার

দুটি প্রাথমিক উপাদান বিভাগ হল স্ফটিক কোয়ার্টজ (একক-স্ফটিক) এবং ফিউজড সিলিকা (নিরাকার কোয়ার্টজ) . প্রতিটির স্বতন্ত্র শক্তি রয়েছে:

একক-ক্রিস্টাল ওয়েফারে ক্রিস্টাল কাট ওরিয়েন্টেশন

একক-ক্রিস্টাল কোয়ার্টজ ওয়েফারের জন্য, ক্রিস্টালের অপটিক্যাল অক্ষের সাথে সম্পর্কিত কাটা কোণ তার আচরণ নির্ধারণ করে। সবচেয়ে বাণিজ্যিকভাবে উল্লেখযোগ্য কাটগুলির মধ্যে রয়েছে:

• কT-cut: অসিলেটর এবং ফ্রিকোয়েন্সি রেফারেন্সের জন্য প্রভাবশালী কাট। এর ফ্রিকোয়েন্সি-তাপমাত্রার বক্ররেখার 25 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি একটি শূন্য ঢাল রয়েছে, এটি ঘর-তাপমাত্রার প্রয়োগের জন্য অত্যন্ত স্থিতিশীল করে তোলে।
• বিটি-কাট: ক higher-frequency alternative to AT-cut with slightly different temperature characteristics; used in filter applications.
• Z-cut (C-cut): অপটিক্যাল অক্ষ কাটা; অপটিক্যাল ওয়েভপ্লেট এবং পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডুসারগুলির জন্য পছন্দ করা হয় যার জন্য অনুমানযোগ্য ইলেক্ট্রোমেকানিকাল কাপলিং প্রয়োজন।
• এক্স-কাট এবং ওয়াই-কাট: অ্যাকোস্টিক বিলম্ব লাইন এবং বিশেষ সেন্সর যেখানে একটি নির্দিষ্ট piezoelectric প্রতিক্রিয়া দিক প্রয়োজন ব্যবহৃত হয়.
• ST-কাট: সারফেস অ্যাকোস্টিক ওয়েভ (SAW) ডিভাইসগুলির জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়েছে, সাধারণত আরএফ ফিল্টার এবং বেতার যোগাযোগ উপাদানগুলিতে পাওয়া যায়।

স্ট্যান্ডার্ড স্পেসিফিকেশন এবং সহনশীলতা

কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি আঁটসাঁট মাত্রিক এবং পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলিতে তৈরি করা হয়। নীচের সারণীটি সাধারণ শিল্প বেঞ্চমার্কগুলিকে সংক্ষিপ্ত করে:

ফটোলিথোগ্রাফি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, ডাবল-সাইড পলিশড (DSP) ফিউজড সিলিকা ওয়েফার 1 µm এর নিচে TTV সহ প্রায়শই বাধ্যতামূলক, কারণ পৃষ্ঠের যেকোনো অনিয়ম ন্যানোমিটার-স্কেল বৈশিষ্ট্য আকারে ইমেজিংকে বিকৃত করতে পারে।

কোয়ার্টজ ওয়েফারের প্রাথমিক অ্যাপ্লিকেশন

সেমিকন্ডাক্টর এবং মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স প্রসেসিং

ফিউজড সিলিকা ওয়েফারগুলি ক্যারিয়ার ওয়েফার হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাব্রিকেশনে প্রসেস সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহৃত হয় কারণ তারা সহ্য করতে পারে উচ্চ-তাপমাত্রার প্রসারণ এবং অক্সিডেশন ধাপ (900°C–1200°C) যা অধিকাংশ পলিমার বা কাচের উপকরণের ক্ষতি করবে। কোয়ার্টজ বোট, টিউব এবং ফ্ল্যাট ওয়েফারগুলি ছড়িয়ে পড়া চুল্লিগুলিতে নিয়মিত ব্যবহারযোগ্য। অতিরিক্তভাবে, ফিউজড সিলিকার কাছাকাছি-শূন্য CTE তাপ সাইক্লিংয়ের সময় মাত্রিক স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে - মাল্টি-লেয়ার লিথোগ্রাফির জন্য ওভারলে নির্ভুলতার একটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর।

ফ্রিকোয়েন্সি কন্ট্রোল এবং টাইমিং ডিভাইস

একক-ক্রিস্টাল AT-কাট কোয়ার্টজ ওয়েফার হল কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল রেজোনেটর (QCRs) এবং oscillators (QCOs)-এর মূল উপাদান - কার্যত প্রতিটি ইলেকট্রনিক ডিভাইসে পাওয়া টাইমকিপিং এবং ফ্রিকোয়েন্সি রেফারেন্স উপাদান। গ্লোবাল কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল মার্কেট বার্ষিক $3 বিলিয়ন ছাড়িয়ে গেছে , টেলিযোগাযোগ, স্বয়ংচালিত, IoT, এবং ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সের চাহিদা দ্বারা চালিত। একটি সাধারণ স্মার্টফোনে 2-5 কোয়ার্টজ-ভিত্তিক ফ্রিকোয়েন্সি উপাদান থাকে।

MEMS এবং সেন্সর ফ্যাব্রিকেশন

কোয়ার্টজের পাইজোইলেকট্রিক প্রতিক্রিয়া এটিকে মাইক্রোইলেক্ট্রোমেকানিকাল সিস্টেমের (MEMS) জন্য পছন্দের উপাদান করে তোলে যা শারীরিক উদ্দীপনাকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে। অ্যাপ্লিকেশন অন্তর্ভুক্ত:

• কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল মাইক্রোব্যালেন্স (QCM) ন্যানোগ্রাম রেজোলিউশনে ভর সেন্সিংয়ের জন্য
• মহাকাশ এবং জড়ীয় নেভিগেশন সিস্টেমে জাইরোস্কোপ এবং অ্যাক্সিলোমিটার
• শিল্প এবং ডাউনহোল তেল এবং গ্যাস পর্যবেক্ষণে ব্যবহৃত চাপ সেন্সর
• SAW-ভিত্তিক রাসায়নিক এবং বায়োসেন্সরগুলি ট্রেস গ্যাস বা জৈবিক অণু সনাক্ত করে

অপটিক্স এবং UV ফটোনিক্স

স্ফটিক কোয়ার্টজ এবং ফিউজড সিলিকা উভয়ই কার্যকরভাবে UV জুড়ে আলোকে কাছাকাছি-ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্য (প্রায় 160 nm থেকে 3,500 nm) পর্যন্ত প্রেরণ করে। ফিউজড সিলিকা ওয়েফারগুলি ইউভি লেজার অপটিক্স, ফটোমাস্ক এবং এক্সাইমার লেজার উপাদানগুলির জন্য স্ট্যান্ডার্ড সাবস্ট্রেট 193 nm (ArF) বা 248 nm (KrF) - উন্নত সেমিকন্ডাক্টর লিথোগ্রাফিতে ব্যবহৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্য। স্ফটিক কোয়ার্টজের বিয়ারফ্রিংজেন্স এটিকে ওয়েভপ্লেট এবং পোলারাইজেশন অপটিক্সের জন্য মূল্যবান করে তোলে।

কিভাবে কোয়ার্টজ ওয়েফার তৈরি করা হয়

একটি উচ্চ-মানের কোয়ার্টজ ওয়েফার উত্পাদন একাধিক নির্ভুল পদক্ষেপ জড়িত। এমনকি সামান্য প্রক্রিয়ার বিচ্যুতিও সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি ওয়েফারকে অব্যবহারযোগ্য করে তুলতে পারে।

1. স্ফটিক বৃদ্ধি: একক-ক্রিস্টাল কোয়ার্টজের জন্য, হাইড্রোথার্মাল সংশ্লেষণ ব্যবহার করা হয় — প্রাকৃতিক কোয়ার্টজ লাস্কাস 300°C–400°C এবং 1,000–2,000 বার চাপে ক্ষারীয় দ্রবণে দ্রবীভূত হয় এবং কোয়ার্টজ কয়েক সপ্তাহ ধরে বীজ প্লেটে পুনরায় ক্রিস্টালাইজ করে। ফিউজড সিলিকা ফ্লেম হাইড্রোলাইসিস বা অতি-বিশুদ্ধ SiCl₄ এর প্লাজমা ফিউশন দ্বারা উত্পাদিত হয়।
2. ওরিয়েন্টেশন এবং স্লাইসিং: ক্রিস্টাল বাউল হল এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) পছন্দসই কাটা কোণে ভিত্তিক, তারপরে একটি হীরার তারের করাত বা অভ্যন্তরীণ-ব্যাস (আইডি) করাত দিয়ে কাটা হয়। এই পর্যায়ে কার্ফের ক্ষতি তাৎপর্যপূর্ণ হতে পারে — প্রায়ই প্রতি কাটে 150-300 µm।
3. ল্যাপিং: উভয় ওয়েফারের মুখই ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম স্লারি (সাধারণত Al₂O₃ বা SiC) ব্যবহার করে সমতলতা অর্জন করতে এবং করাতের ক্ষতি দূর করতে ল্যাপ করা হয়। এই পর্যায়ে TTV 5 µm এর নিচে আনা হয়েছে।
4. রাসায়নিক এচিং: এইচএফ-ভিত্তিক এচিং যান্ত্রিক প্রক্রিয়াকরণ থেকে পৃষ্ঠতলের ক্ষতি দূর করে এবং মাইক্রোন স্তরে পৃষ্ঠকে মসৃণ করে।
5. সিএমপি পলিশিং: কলয়েডাল সিলিকা স্লারি ব্যবহার করে রাসায়নিক-যান্ত্রিক প্ল্যানারাইজেশন (সিএমপি) সাব-ন্যানোমিটার পৃষ্ঠের রুক্ষতা অর্জন করে। ডিএসপি ওয়েফারের জন্য, উভয় পক্ষই একযোগে পালিশ করা হয়।
6. পরিষ্কার এবং পরিদর্শন: চূড়ান্ত ওয়েফারগুলি মেগাসনিক বাথ বা SC-1/SC-2 সেমিকন্ডাক্টর ক্লিনিং প্রোটোকলগুলিতে পরিষ্কার করা হয়, তারপরে ইন্টারফেরোমেট্রি (ফ্ল্যাটনেস), প্রোফাইলমেট্রি (রুক্ষতা) এবং অপটিক্যাল পরিদর্শন (ত্রুটি) দ্বারা পরিদর্শন করা হয়।

কোয়ার্টজ ওয়েফার বনাম সিলিকন ওয়েফার: কখন কোনটি বেছে নেবেন

সিলিকন ওয়েফারগুলি সক্রিয় সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরিতে আধিপত্য বিস্তার করে, কিন্তু কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি প্রতিস্থাপন নয় - তারা বিভিন্ন প্রকৌশলগত চাহিদা পূরণ করে। নির্বাচন অ্যাপ্লিকেশনের কার্যকরী প্রয়োজনীয়তার উপর নির্ভর করে:

সংক্ষেপে: আপনার আবেদনের প্রয়োজন হলে কোয়ার্টজ বেছে নিন 400 এনএম এর নিচে অপটিক্যাল ট্রান্সমিশন, পাইজোইলেকট্রিসিটি, বা সিলিকনের সীমা ছাড়িয়ে তাপীয় দৃঢ়তা . সক্রিয় ইলেকট্রনিক্স এবং বড় আয়তনের মাইক্রোচিপ উৎপাদনের জন্য সিলিকন বেছে নিন।

সোর্সিং এবং গুণমান বিবেচনা

কোয়ার্টজ ওয়েফার সংগ্রহ করার সময়, মৌলিক মাত্রার বাইরে বিভিন্ন কারণ নির্ধারণ করে যে একটি ওয়েফার আপনার প্রক্রিয়ায় নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করবে কিনা:

• বিশুদ্ধতা গ্রেড: ইলেকট্রনিক-গ্রেডের ফিউজড সিলিকায় সাধারণত 1 পিপিএমের নিচে ওএইচ কন্টেন্ট থাকে এবং পিপিবি পরিসরে ধাতব অমেধ্য থাকে। গভীর-ইউভি অপটিক্সের জন্য, কম ওএইচ এবং কম অন্তর্ভুক্তির কারণে প্রাকৃতিক কোয়ার্টজের চেয়ে সিন্থেটিক ফিউজড সিলিকা (ফ্লেম হাইড্রোলাইসিস) পছন্দ করা হয়।
• কাটা কোণ নির্ভুলতা: AT-কাট অনুরণনকারীদের জন্য, কোণটি অবশ্যই ধরে রাখতে হবে ±1 আর্ক মিনিটের মধ্যে ফ্রিকোয়েন্সি-তাপমাত্রার স্পেসিফিকেশন পূরণ করতে। সরবরাহকারী XRD পরিমাপ রিপোর্ট যাচাই করুন।
• প্রান্ত চিকিত্সা: স্বয়ংক্রিয়ভাবে পরিচালনার জন্য ওয়েফারগুলির রোবটিক স্থানান্তরের সময় চিপিং এবং কণা তৈরি হওয়া রোধ করতে বেভেলড বা গোলাকার প্রান্তের প্রয়োজন হয়।
• সমতলতা সার্টিফিকেশন: ইন্টারফেরোমেট্রিক ফ্ল্যাটনেস ম্যাপের অনুরোধ করুন — শুধুমাত্র একটি টিটিভি নম্বর নয় — ওয়েফার জুড়ে যে কোনও ধনুক বা বেধের তারতম্যের স্থানিক বিতরণ বোঝার জন্য।
• প্যাকেজিং: ব্যবহারের আগে আর্দ্রতা শোষণ এবং পৃষ্ঠের দূষণ রোধ করতে নির্ভুল কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি পৃথকভাবে নাইট্রোজেন-শুদ্ধ, স্ট্যাটিক-মুক্ত পাত্রে প্যাকেজ করা উচিত।

প্রধান কোয়ার্টজ ওয়েফার সরবরাহকারীদের মধ্যে রয়েছে শিন-এতসু কেমিক্যাল, তোসোহ কোয়ার্টজ, ক্রিস্টেক এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, জাপান, জার্মানি এবং চীনের বিভিন্ন বিশেষ নির্ভুল অপটিক্স প্রস্তুতকারক কোম্পানি। কাস্টম-কাট বা উচ্চ-বিশুদ্ধতা গ্রেডের জন্য সীসা সময় চলতে পারে 4-12 সপ্তাহ , তাই নকশা-চক্র পরিকল্পনা এই জন্য অ্যাকাউন্ট করা উচিত.

উপসংহার

কোয়ার্টজ ওয়েফারগুলি উন্নত উত্পাদনে একটি বিশেষ কিন্তু অপরিহার্য অবস্থান দখল করে। প্রয়োজনটি ফটোলিথোগ্রাফির জন্য UV-স্বচ্ছ সাবস্ট্রেট, অসিলেটরের জন্য পাইজোইলেকট্রিক ফাঁকা, বা সেমিকন্ডাক্টর প্রক্রিয়াকরণের জন্য তাপগতভাবে স্থিতিশীল বাহক হোক না কেন, কোয়ার্টজ প্রদানকারী বৈশিষ্ট্যগুলির সম্পূর্ণ সংমিশ্রণকে কোনো একক বিকল্প উপাদান প্রতিলিপি করে না। সঠিক ধরন নির্বাচন করা — AT-কাট সিঙ্গেল ক্রিস্টাল, Z-কাট অপটিক্যাল গ্রেড, বা উচ্চ-বিশুদ্ধতা ডিএসপি ফিউজড সিলিকা — এবং সরবরাহকারীর স্পেসিফিকেশনগুলি কঠোরভাবে যাচাই করা নির্ণয় করবে যে কোয়ার্টজ ওয়েফার পরিকল্পিত হিসাবে কাজ করে নাকি একটি নির্ভুল সিস্টেমে একটি ব্যয়বহুল ব্যর্থতা পয়েন্ট হয়ে ওঠে।