Puolijohdesubstraattikiekko: Piin, GaAs:n, SiC:n ja GaN:n materiaaliominaisuudet

01. Perusteetpuolijohdesubstraattikiekko

1.1 Puolijohdesubstraatin määritelmä

Puolijohdesubstraatilla tarkoitetaan puolijohdelaitteiden valmistuksessa käytettyä perusmateriaalia, yleensä yksikide- tai monikiteisiä materiaaleja, jotka on valmistettu erittäin puhdistetulla ja kiteenkasvatustekniikalla. Substraattikiekot ovat yleensä ohuita ja kiinteitä levyrakenteita, joille valmistetaan erilaisia ​​puolijohdelaitteita ja -piirejä. Substraatin puhtaus ja laatu vaikuttavat suoraan lopullisen puolijohdelaitteen suorituskykyyn ja luotettavuuteen.

1.2 Substraattikiekkojen rooli ja käyttöalue

Substraattikiekoilla on keskeinen rooli puolijohteiden valmistusprosessissa. Laitteiden ja piirien perustana substraattikiekot eivät vain tue koko laitteen rakennetta, vaan tarjoavat myös tarvittavaa tukea sähköisissä, lämpö- ja mekaanisissa näkökohdissa. Sen päätoimintoihin kuuluvat:

Mekaaninen tuki: Tarjoa vakaa rakenteellinen perusta tukemaan seuraavia valmistusvaiheita.

Lämmönhallinta: Auta haihduttamaan lämpöä, jotta ylikuumeneminen ei vaikuta laitteen suorituskykyyn.

Sähköiset ominaisuudet: Vaikuttaa laitteen sähköisiin ominaisuuksiin, kuten johtavuuteen, kantoaallon liikkuvuuteen jne.

Sovellusalojen suhteen substraattikiekkoja käytetään laajalti:

Mikroelektroniset laitteet: kuten integroidut piirit (IC:t), mikroprosessorit jne.

Optoelektroniset laitteet: kuten LEDit, laserit, valoilmaisimet jne.

Korkeataajuiset elektroniset laitteet: kuten RF-vahvistimet, mikroaaltouunit jne.

Tehoelektroniikkalaitteet: kuten tehomuuntimet, invertterit jne.

02. Puolijohdemateriaalit ja niiden ominaisuudet

Pii (Si) substraatti

· Ero yksikiteisen piin ja monikiteisen piin välillä:

Pii on yleisimmin käytetty puolijohdemateriaali, pääasiassa yksikiteisen piin ja monikiteisen piin muodossa. Yksikidepii koostuu jatkuvasta kiderakenteesta, jolla on korkea puhtaus ja virheetön ominaisuudet, mikä sopii erittäin suorituskykyisille elektronisille laitteille. Monikiteinen pii koostuu useista rakeista, ja rakeiden välillä on raeraja. Vaikka valmistuskustannukset ovat alhaiset, sähköinen suorituskyky on heikko, joten sitä käytetään yleensä joissakin heikossa suorituskyvyssä tai laajamittaisissa sovelluksissa, kuten aurinkokennoissa.

·Piialustan elektroniset ominaisuudet ja edut:

Piisubstraatilla on hyvät elektroniset ominaisuudet, kuten korkea kantoaallon liikkuvuus ja kohtalainen energiarako (1,1 eV), mikä tekee piistä ihanteellisen materiaalin useimpien puolijohdelaitteiden valmistukseen.

Lisäksi piisubstraateilla on seuraavat edut:

Korkea puhtaus: Kehittyneiden puhdistus- ja kasvatustekniikoiden avulla voidaan saada erittäin puhdasta yksikidepiitä.

Kustannustehokkuus: Muihin puolijohdemateriaaleihin verrattuna piillä on alhaiset kustannukset ja kypsä valmistusprosessi.

Oksidin muodostuminen: Pii voi luonnollisesti muodostaa piidioksidikerroksen (SiO2), joka voi toimia hyvänä eristekerroksena laitevalmistuksessa.

Galliumarsenidin (GaAs) substraatti

· GaAs:n suurtaajuusominaisuudet:

Galliumarsenidi on yhdistepuolijohde, joka sopii erityisen hyvin suurtaajuisiin ja nopeisiin elektronisiin laitteisiin suuren elektroniliikkuvuutensa ja laajan kaistavälinsä ansiosta. GaAs-laitteet voivat toimia korkeammilla taajuuksilla suuremmalla tehokkuudella ja alhaisemmalla melutasolla. Tämä tekee GaAs:sta tärkeän materiaalin mikroaalto- ja millimetriaaltosovelluksissa.

· GaA:n käyttö optoelektroniikassa ja suurtaajuuselektroniikkalaitteissa:

Suoran bandgapnsa ansiosta GaAs on laajalti käytössä myös optoelektronisissa laitteissa. Esimerkiksi GaAs-materiaaleja käytetään laajalti LEDien ja lasereiden valmistuksessa. Lisäksi GaAs:n korkea elektronien liikkuvuus tekee siitä hyvän suorituskyvyn RF-vahvistimissa, mikroaaltouunilaitteissa ja satelliittiviestintälaitteissa.

Piikarbidi (SiC) alusta

· SiC:n lämmönjohtavuus ja suuritehoiset ominaisuudet:

Piikarbidi on laajakaistainen puolijohde, jolla on erinomainen lämmönjohtavuus ja voimakas sähkökenttä. Nämä ominaisuudet tekevät piikarbidista erittäin sopivan suuritehoisiin ja korkeisiin lämpötiloihin. SiC-laitteet voivat toimia vakaasti jännitteissä ja lämpötiloissa, jotka ovat useita kertoja korkeammilla kuin piilaitteet.

· SiC:n edut tehoelektroniikkalaitteissa:

SiC-substraateilla on merkittäviä etuja tehoelektroniikkalaitteissa, kuten pienemmät kytkentähäviöt ja korkeampi hyötysuhde. Tämä tekee piikarbidista yhä suositumpaa suuritehoisissa muunnossovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa, tuuli- ja aurinkoinverttereissä. Lisäksi piikarbidia käytetään laajasti ilmailu- ja teollisuusohjauksessa sen korkean lämpötilan kestävyyden vuoksi.

Galliumnitridi (GaN) substraatti

· GaN:n korkea elektronien liikkuvuus ja optiset ominaisuudet:

Galliumnitridi on toinen laajakaistainen puolijohde, jolla on erittäin korkea elektronien liikkuvuus ja vahvat optiset ominaisuudet. GaN:n suuri elektronien liikkuvuus tekee siitä erittäin tehokkaan korkeataajuisissa ja suuritehoisissa sovelluksissa. Samaan aikaan GaN voi lähettää valoa ultraviolettisäteilystä näkyvälle alueelle, mikä sopii erilaisiin optoelektronisiin laitteisiin.

· GaN:n käyttö teho- ja optoelektronisissa laitteissa:

Tehoelektroniikan alalla GaN-laitteet ovat loistavia hakkuriteholähteissä ja RF-vahvistimissa suuren läpilyöntisähkökentän ja alhaisen päällekytkentävastuksensa ansiosta. Samalla GaN:llä on tärkeä rooli myös optoelektronisissa laitteissa, erityisesti LEDien ja laserdiodien valmistuksessa, mikä edistää valaistus- ja näyttöteknologioiden kehitystä.

· Nousevien materiaalien potentiaali puolijohteissa:

Tieteen ja tekniikan kehityksen myötä nousevat puolijohdemateriaalit, kuten galliumoksidi (Ga2O3) ja timantti, ovat osoittaneet suurta potentiaalia. Galliumoksidilla on erittäin leveä kaistaväli (4,9 eV) ja se soveltuu hyvin suuritehoisiin elektronisiin laitteisiin, kun taas timanttia pidetään ihanteellisena materiaalina seuraavan sukupolven suuritehoisiin ja korkeataajuisiin sovelluksiin erinomaisen lämpönsä ansiosta johtavuus ja erittäin korkea kantoaallon liikkuvuus. Näillä uusilla materiaaleilla odotetaan olevan tärkeä rooli tulevaisuuden elektronisissa ja optoelektronisissa laitteissa.

03. Kiekkojen valmistusprosessi

3.1 Substraattikiekkojen kasvatustekniikka

3.1.1 Czochralskin menetelmä (CZ-menetelmä)

Czochralskin menetelmä on yleisimmin käytetty menetelmä yksikiteisten piikiekkojen valmistukseen. Se tehdään upottamalla siemenkide sulaan piihin ja vetämällä se sitten hitaasti ulos niin, että sula pii kiteytyy siemenkiteen päälle ja kasvaa yksittäiskiteeksi. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa suurikokoista, korkealaatuista yksikiteistä piitä, joka soveltuu erittäin hyvin suurten integroitujen piirien valmistukseen.

3.1.2 Bridgmanin menetelmä

Bridgman-menetelmää käytetään yleisesti yhdistepuolijohteiden, kuten galliumarsenidin, kasvattamiseen. Tässä menetelmässä raaka-aineet kuumennetaan sulaan tilaan upokkaassa ja jäähdytetään sitten hitaasti, jolloin muodostuu yksikiteinen kide. Bridgman-menetelmällä voidaan ohjata kiteen kasvunopeutta ja suuntaa ja se soveltuu monimutkaisten yhdistepuolijohteiden valmistukseen.

3.1.3 Molekyylisuihkuepitaksi (MBE)

Molecular beam epitaxy on tekniikka, jota käytetään erittäin ohuiden puolijohdekerrosten kasvattamiseen substraateille. Se muodostaa korkealaatuisia kidekerroksia ohjaamalla tarkasti eri elementtien molekyylisäteitä ultrakorkeassa tyhjiöympäristössä ja kerrostamalla ne kerros kerrokselta alustalle. MBE-teknologia soveltuu erityisen hyvin tarkkojen kvanttipisteiden ja ultraohuiden heteroliitosrakenteiden valmistukseen.

3.1.4 Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD)

Kemiallinen höyrypinnoitus on ohutkalvopinnoitustekniikka, jota käytetään laajalti puolijohteiden ja muiden korkean suorituskyvyn materiaalien valmistuksessa. CVD hajottaa kaasumaisia ​​esiasteita ja laskee ne alustan pinnalle kiinteän kalvon muodostamiseksi. CVD-tekniikalla voidaan valmistaa kalvoja, joiden paksuus ja koostumus on erittäin kontrolloitu, mikä sopii erittäin hyvin monimutkaisten laitteiden valmistukseen.

3.2 Kiekkojen leikkaus ja kiillotus

3.2.1 Piikiekkojen leikkaustekniikka

Kun kiteen kasvu on päättynyt, suuri kide leikataan ohuiksi viipaleiksi, jotta niistä tulee kiekkoja. Piikiekkoleikkauksessa käytetään yleensä timanttisahojen teriä tai teräsahatekniikkaa leikkaustarkkuuden varmistamiseksi ja materiaalihäviön vähentämiseksi. Leikkausprosessia on ohjattava tarkasti, jotta kiekon paksuus ja pinnan tasaisuus täyttävät vaatimukset.

--------------------------------------------------- --------------------------------------------------- --------------------------------------------------- --------------------------------------------------- --------------------------------------------------- ------------------------------------------

VeTek Semiconductor on ammattimainen kiinalainen valmistaja4° off-akseli p-tyypin SiC kiekko, 4H N-tyypin SiC-substraatti, ja4H Puolieristävä SiC-alusta.  VeTek Semiconductor on sitoutunut tarjoamaan edistyneitä ratkaisuja erilaisiinSiC kiekkotuotteita puolijohdeteollisuudelle. 

Jos olet kiinnostunutPuolijohdesubstraattikiekkos, ota rohkeasti yhteyttä meihin suoraan.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Sähköposti: anny@veteksemi.com