সেমিকন্ডাক্টর ম্যানুফ্যাকচারিংয়ে লেজারের ভূমিকা

সেমিকন্ডাক্টর হল মেডিক্যাল ডিভাইসের অভ্যন্তরীণ কাজের একটি অবিচ্ছেদ্য অংশ, যা কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করতে অ-পরিবাহী এবং কন্ডাক্টরের মধ্যে পরিবাহিতায় অবদান রাখে। পরিবর্তে, নিখুঁত সেমিকন্ডাক্টর তৈরির সমাবেশ প্রক্রিয়াটি খুব বিশদ, বিশেষ করে এখন যে ডিভাইসগুলি ছোট এবং ছোট হয়ে আসছে। যেহেতু সেমিকন্ডাক্টরগুলি এই ছোট ডিভাইসগুলিতে ফিট করার জন্য দ্রুত ক্ষুদ্রতর করা হয়, সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদনে লেজারগুলির ভূমিকা অভিযোজিত হয়েছে।

লেজার প্রযুক্তি প্রায়ই তার পাতলা, সুনির্দিষ্ট, বহুমুখী এবং শক্তিশালী বিমের জন্য অর্ধপরিবাহী উত্পাদনে ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে কাটা, ঢালাই, আবরণ অপসারণ এবং চিহ্নিতকরণ সহ বিভিন্ন কারণে।

কাটিং/স্ক্রাইবিং

সেমিকন্ডাক্টর তৈরিতে, ক্রিস্টাল ব্লক থেকে ওয়েফার কাটা এবং পাতলা ফিল্ম থেকে টেমপ্লেটগুলি সহ বিভিন্ন ডাইসিং ধাপ রয়েছে। একটি লেজার দিয়ে ডাইসিং নিশ্চিত করে যে চিপগুলি পরিষ্কারভাবে কাটা হয়েছে যাতে তারা চূড়ান্ত ডিভাইসে সঠিকভাবে ফিট করে। লেজার ব্যবহার করে সেমিকন্ডাক্টরকে অনেক আকার এবং প্যাটার্নে কাটা যায় যা অন্যান্য ডাইসিং পদ্ধতি ব্যবহার করে সম্ভব নয়। কলম্বিয়া ইউনিভার্সিটির ফু ফাউন্ডেশন স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড অ্যাপ্লায়েড সায়েন্সের মতে, এই পদ্ধতি ব্যবহার করে ওয়েফার কাটলে হাতিয়ার পরিধান এবং উপাদানের ক্ষতি কম হয় এবং ফলন বেশি হয়।

সেমিকন্ডাক্টর লেজার প্রক্রিয়াকরণের উপর কলম্বিয়ার অধ্যয়ন উপাদান বলে যে "লেজার কাটার সুবিধার মধ্যে রয়েছে কম সরঞ্জাম পরিধান, কাটার চারপাশে উপাদানের ক্ষতি হ্রাস, কম ভাঙ্গনের কারণে উচ্চ ফলন, এবং ফিক্সচারিং সহজতার কারণে দ্রুত পরিবর্তন।"

কাটার জন্য আরেকটি বিকল্প হ'ল স্ক্রাইবিং - উপাদানের অর্ধেক অংশে ঘনিষ্ঠ দূরত্ব বা ওভারল্যাপ করা অন্ধ গর্তগুলির একটি সিরিজ ড্রিলিং। এটি একটি পদ্ধতি যা সেমিকন্ডাক্টর ম্যানুফ্যাকচারিং অ্যাপ্লিকেশনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যেমন অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড সাবস্ট্রেটকে চিপ ক্যারিয়ারে কাটা বা সিলিকন ওয়েফারকে চিপগুলিতে আলাদা করা। এটি লক্ষণীয় যে স্ক্রাইবিংয়ের জন্য প্রয়োজনীয় লেজারের ধরন ব্যবহৃত উপাদানের উপর নির্ভর করে।

বিশ্ববিদ্যালয় বলছে, "অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড স্ক্রাইবিং CO2 লেজার ব্যবহার করে, যখন সিলিকন স্ক্রাইবিং Nd:YAG লেজার ব্যবহার করে কারণ বিভিন্ন উপকরণের বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যে বিভিন্ন শোষণের হার রয়েছে।"

স্ক্রাইবিং বনাম কাটিং ব্যবহারের অনুপ্রেরণা ফ্যাব্রিকেশনের দোকানে যে গতিতে কাজটি ঘটে তার উপর নির্ভর করে। "অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের জন্য, যা প্রায় 0.025 ইঞ্চি পুরু, উপাদানটিকে একটি মাঝারি-শক্তির CO2 লেজার ব্যবহার করে প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 10 ইঞ্চি হারে স্ক্রাইব করা যেতে পারে, যেখানে একই ধরনের লেজারের জন্য, কাটিংয়ের হার প্রতি সেকেন্ডে এক ইঞ্চির ভগ্নাংশ হতে পারে," বিশ্ববিদ্যালয়ের কর্মীরা লিখেছেন৷ "স্ক্রাইবিং প্রক্রিয়াকরণ সম্পূর্ণ হওয়ার আগে সাবস্ট্রেট লিখতে সক্ষম হওয়ার সুবিধাও দেয় এবং তারপর প্রক্রিয়াকরণের পরে এটিকে সহজেই চিপগুলিতে আলাদা করতে পারে।"

Welding

লেজার সোল্ডারিং বা লেজার ডায়োড ওয়েল্ডিং হল একটি সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের সংলগ্ন অংশগুলিকে একসাথে গলানোর প্রক্রিয়া, অনেকটা একটি সাপোর্ট প্লেটে একটি ওয়েফার সুরক্ষিত করার মতো। সাপোর্ট বোর্ডের জন্য যেগুলি বন্ধনের জন্য প্রস্তুত (যেমন সীসা ফ্রেম), লেজার ফ্রেমের উপর একটি শনাক্তকরণ চিহ্ন রাখে এবং তারপরে দুটি অংশ সুরক্ষিতভাবে একত্রে বন্ধন রয়েছে তা নিশ্চিত করার জন্য পৃষ্ঠটিকে রুক্ষ করে। একবার একত্রে আবদ্ধ হলে, লেজার মার্কিং মেশিন রুক্ষন প্রক্রিয়া দ্বারা তৈরি burrs অপসারণ করে।

আবরণ অপসারণ

সেমিকন্ডাক্টরগুলি পরিষ্কার এবং ত্রুটিমুক্ত তা নিশ্চিত করা আবরণ অপসারণ নামক একটি উত্পাদন প্রক্রিয়ার অংশ। একটি লেজার ব্যবহার করে (সাধারণত Nd:YAG), অবাঞ্ছিত আবরণগুলি রজন বা তামার মতো এবং সোনার বা পাতলা ফিল্মের আবরণগুলির মতো সরানো যেতে পারে। ডিবারিংয়ের জন্য, লেজারটি পণ্যের ক্ষতি না করে অতিরিক্ত উপাদান অপসারণের জন্য তার সূক্ষ্ম, সুনির্দিষ্ট মরীচি ব্যবহার করে।আবরণ অপসারণত্রুটিগুলিকে আরও স্পষ্টভাবে বিশ্লেষণ করার অনুমতি দেয়, পরিদর্শনের জন্য বিচ্ছিন্ন করার প্রয়োজনীয়তা দূর করে, যার ফলে পণ্যের ক্ষতি হতে পারে।

চিহ্নিত করা

সেমিকন্ডাক্টরের লেজার মার্কিংপণ্যের সন্ধানযোগ্যতা এবং পঠনযোগ্যতার জন্য গুরুত্বপূর্ণ, যার মানে লেজারটি খুব ছোট প্রিন্টে স্পষ্টভাবে পাঠযোগ্য হতে হবে। প্রোডাক্ট ট্রেসেবিলিটি মানে হল যে প্রোডাক্টটি উৎপাদনের একাধিক ধাপের পাশাপাশি চূড়ান্ত বিতরণের মাধ্যমে ট্র্যাক করা যেতে পারে। এটি ত্রুটির নির্দিষ্ট বিভাগগুলি খুঁজে পাওয়া এবং আলাদা করা সহজ করে তোলে।

চিহ্নিত চিপগুলি অবশ্যই পাঠযোগ্য হতে হবে, কারণ কোন পণ্যটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত তা নির্ধারণ করার জন্য চিহ্নিতকরণ একটি কার্যকর উপায়। ওয়েফার ওয়ার্ল্ডের মতে, "লেজারটি কেবল ওয়েফারের পৃষ্ঠে কাটে না বরং অত্যন্ত অগভীর কিন্তু সহজে পড়া চিহ্ন তৈরি করতে পৃষ্ঠের কণাগুলিকে পুনর্বিন্যাস করে।"

সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে দুই ধরনের মার্কার ব্যবহার করা হয়: এচ মার্কার এবং অ্যানিল্ড মার্কার। ইচ মার্কারগুলি হল উপাদানের পাতলা স্তর যা লেজার ব্যবহার করে সরানো হয়, প্রায় 12 থেকে 25 মাইক্রন গভীরে একটি টেক্সচারযুক্ত চিহ্ন রেখে যায়। এগুলিকে প্রায়শই "কঠিন চিহ্ন" হিসাবে উল্লেখ করা হয় কারণ পৃষ্ঠ স্তরে একটি দৃশ্যমান পরিবর্তন রয়েছে।

অন্যদিকে, অ্যানিলিং চিহ্নগুলিকে খোদাই করার পরিবর্তে অণুগুলিকে পুনর্বিন্যাস করতে একটি নিম্ন শক্তি স্তরে একটি লেজার সেট ব্যবহার করুন। এটি চিপ পৃষ্ঠে একটি বৈসাদৃশ্য তৈরি করে যা আলো প্রতিফলিত হলে দৃশ্যমান হয়।

লেজারের ধরন

বর্তমানে, কোম্পানিগুলি বেশিরভাগই চিপ তৈরির জন্য সলিড-স্টেট লেজার ব্যবহার করে কারণ তারা তাদের উচ্চ শক্তির জন্য পরিচিত এবং লেজারের মাধ্যম হিসাবে আকরিক ব্যবহার করে। খনিজ মিডিয়া সাধারণত ইট্রিয়াম, অ্যালুমিনিয়াম, গারনেট বা ইট্রিয়াম ভ্যানাডেট স্ফটিক নিয়ে গঠিত। উদাহরণস্বরূপ, Nd:YAG লেজারগুলি মাধ্যম হিসাবে নিওডিয়ামিয়াম-ডোপড ইট্রিয়াম অ্যালুমিনিয়াম গারনেট স্ফটিক ব্যবহার করে। লেজার রশ্মি একটি অসিলেটর ব্যবহার করে উত্পন্ন হয় যা একটি লেজার ডায়োড থেকে আলোর মাধ্যমে মাধ্যমটিকে উদ্দীপিত করে।

চিপ মার্কিং, খোদাই এবং ডাইসিংয়ের জন্য ব্যবহৃত এক ধরনের সলিড-স্টেট লেজার হল ফাইবার লেজার, কেয়েন্স বলেছেন, উচ্চ-গতির লেজারগুলি "অপটিক্যাল ফাইবারগুলিকে অনুরণনকারী হিসাবে ব্যবহার করে এবং Yb-আয়ন ডপড ফাইবার ক্ল্যাডিংয়ের মাধ্যমে ওভারল্যাপিং কাঠামো তৈরি করে" উল্লেখ করে যে এর ফাইবার লেজারগুলি ফাইবার লেজারের {MD-4} ফাইবার সিরিজ হিসাবে পরিচিত। "ফাইবার লেজারের কিছু ব্যবহারের মধ্যে রয়েছে প্রাক-উৎপাদন প্রক্রিয়া থেকে burrs অপসারণ, ট্রেসেবিলিটি কোড চিহ্নিত করা এবং ত্রুটি বিশ্লেষণের জন্য রজন অপসারণ করা।"

এক্সাইমার লেজারগুলি সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদনেও ব্যবহৃত হয়। এগুলো গভীরঅতিবেগুনী(UV) লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্য 126 nm থেকে 351 nm পর্যন্ত যা প্রাথমিকভাবে পলিমার মাইক্রোমেশিনিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়। কঠিন অবস্থার তুলনায় সংক্ষিপ্ত UV লেজার রশ্মিগুলিকে খুব ভঙ্গুর এবং সূক্ষ্ম উপাদান সহ যে কোনও ধরণের উপাদানের জন্য উপযুক্ত করে তোলে এবং তাদের কর্মের হ্রাস বিন্দু সহ খুব ছোট সুনির্দিষ্ট এলাকায় কাজ করার অনুমতি দেয়। চিহ্নিত করার জন্য ব্যবহার করা হলে, UV লেজার আশেপাশের এলাকায় তাপ উৎপন্ন না করে আণবিক স্তরে পণ্যের উপাদানের গঠন পরিবর্তন করে।

লেজার উদ্ভাবন

বর্তমানে, সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদনের জন্য লেজার উত্পাদন ব্যবহার করার সময় সলিড-স্টেট এবং এক্সাইমার লেজারগুলিকে প্রধান বিকল্প হিসাবে দেখা হয়। যাইহোক, একটি নতুন বিকল্প যা ক্লাসিকের সাথে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে পারে শীঘ্রই উপলব্ধ হতে পারে। নেচার জার্নালে প্রকাশিত একটি সাম্প্রতিক গবেষণায়, সুসুমু নোদার নেতৃত্বে কিয়োটো বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকদের একটি দল লিখেছেন যে তারা ফোটোনিক ক্রিস্টাল সারফেস ইমিটিং লেজার (পিসিএসইএল) এর গঠন পরিবর্তন করে সেমিকন্ডাক্টর লেজারের উজ্জ্বলতার সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে উঠতে পদক্ষেপ নিয়েছে। ইন্সটিটিউট অফ ইলেকট্রিক্যাল অ্যান্ড ইলেকট্রনিক্স ইঞ্জিনিয়ার্সের মতে, উজ্জ্বলতা হল এমন একটি সুবিধা যার মধ্যে আলোর রশ্মির ফোকাস বা অপসারণের মাত্রা অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। PCSELs, উচ্চ-উজ্জ্বলতা লেজারের জন্য একটি আকর্ষণীয় বিকল্প হিসাবে দেখা গেলেও, লেজারের আকার এবং উজ্জ্বলতা নিয়ে চ্যালেঞ্জের কারণে বৃহৎ আকারের অপারেশনে ব্যবহারের জন্য পূর্বে পরিমাপযোগ্য নয়।

প্রায়শই, PCSEL-এর সমস্যাটি তাদের নির্গত ক্ষেত্র প্রসারিত করার আকাঙ্ক্ষা থেকে উদ্ভূত হয়, যার অর্থ হল নির্গমনের দিক এবং তির্যক দিকে আলোর দোদুল্যমান হওয়ার জায়গা রয়েছে। "এই ট্রান্সভার্স অসিলেশনগুলি উচ্চ-ক্রম মোড হিসাবে পরিচিত এবং মরীচির গুণমানকে ধ্বংস করতে পারে," IEEE লিখেছেন৷ "এছাড়া, যদি লেজারটি অবিচ্ছিন্নভাবে চালানো হয়, তবে লেজারের ভিতরের তাপ ডিভাইসের প্রতিসরাঙ্ক সূচককে পরিবর্তন করতে পারে, যার ফলে মরীচির মানের আরও অবনতি ঘটে।"

প্রকৃতি গবেষণায়, গবেষকরা লেজারে এমবেড করা ফোটোনিক স্ফটিক ব্যবহার করেছেন এবং "একটি বিস্তৃত অঞ্চলে একক-মোড দোলনের অনুমতি দেওয়ার জন্য এবং তাপীয় ক্ষতির জন্য ক্ষতিপূরণ দেওয়ার জন্য অভ্যন্তরীণ প্রতিফলককে অভিযোজিত করেছেন।" এই পরিবর্তনগুলি লেজারকে ক্রমাগত অপারেশন জুড়ে উচ্চ মরীচির গুণমান বজায় রাখার অনুমতি দেয়।

গবেষকরা তাদের গবেষণায় একটি 3-মিমি-ব্যাস PCSEL তৈরি করেছেন, যা পূর্ববর্তী 1-মিমি-ব্যাস PCSEL ডিভাইস থেকে একটি 10-গুণ লাফ।

"3 মিমি একটি বৃহৎ অনুরণন ব্যাস সহ একটি ফোটোনিক স্ফটিক পৃষ্ঠ-নির্গত লেজারের জন্য, [একটানা-তরঙ্গ] 50 ওয়াটের বেশি আউটপুট শক্তি, বিশুদ্ধ একক-মোড দোলন, এবং 0.05 ডিগ্রির একটি অত্যন্ত সংকীর্ণ মরীচির বিচ্যুতি, অনুরূপ, গবেষণায় তরঙ্গ {1}} এর চেয়ে বেশি অর্জন করা হয়েছে। ers গবেষণায় লিখেছেন। উজ্জ্বলতা ...... 1 GW cm-2 sr-1, বিদ্যমান বড় লেজারের সাথে তুলনীয়।"

এটা লক্ষণীয় যে "বড়-ভলিউম লেজার" দ্বারা গবেষকরা বর্তমানে সেমিকন্ডাক্টর লেজার উত্পাদনে ব্যবহৃত সলিড-স্টেট এবং এক্সাইমার লেজারগুলিকে বোঝায়।

কিয়োটো ইউনিভার্সিটিতে ফোটোনিক স্ফটিকের জন্য পৃষ্ঠ-নিঃসরণকারী লেজারের জন্য 1,000-বর্গ-মিটার সেন্টার অফ এক্সেলেন্স প্রতিষ্ঠার প্রক্রিয়ার অংশ হিসেবে, নোডা এবং তার দলও ইলেকট্রন-বিম লিথোগ্রাফি ব্যবহার করে ফটোনিক স্ফটিক তৈরি করা থেকে ন্যানোইমপ্রিন্ট লিথোগ্রাফি তৈরিতে স্থানান্তরিত হয়েছে৷

"ই-বিম লিথোগ্রাফি সুনির্দিষ্ট, কিন্তু সাধারণত বড় আকারের উত্পাদনের জন্য খুব ধীর," IEEE বলে৷ "ন্যানোইমপ্রিন্ট লিথোগ্রাফি মূলত সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে নিদর্শনগুলি এমবস করে এবং খুব নিয়মিত নিদর্শনগুলি দ্রুত তৈরি করার জন্য দরকারী।"

সমীক্ষা অনুসারে, পরবর্তী পদক্ষেপটি হল লেজারের ব্যাস 3 থেকে 10 মিলিমিটার পর্যন্ত প্রসারিত করা - একটি আকার যা 1 কিলোওয়াট আউটপুট শক্তি উত্পাদন করে।