Félvezető szubsztrát lapka: Szilícium, GaAs, SiC és GaN anyagtulajdonságai

01. Alapjai afélvezető hordozó ostya

1.1. A félvezető hordozó definíciója

A félvezető szubsztrátum a félvezető eszközök, általában nagy tisztaságú és kristálynövekedési technológiával készült egykristályos vagy polikristályos anyagok gyártásához használt alapanyag. A szubsztrát lapkák általában vékony és tömör lemezszerkezetek, amelyeken különféle félvezető eszközöket, áramköröket gyártanak. A hordozó tisztasága és minősége közvetlenül befolyásolja a végső félvezető eszköz teljesítményét és megbízhatóságát.

1.2 A szubsztrát lapkák szerepe és felhasználási területe

A szubsztrát lapkák létfontosságú szerepet játszanak a félvezető gyártási folyamatban. Az eszközök és áramkörök alapjaként a szubsztrát lapkák nemcsak a teljes eszköz szerkezetét támogatják, hanem elektromos, termikus és mechanikai szempontból is szükséges támogatást nyújtanak. Fő funkciói a következők:

Mechanikai támaszték: Biztosítson stabil szerkezeti alapot a további gyártási lépések támogatásához.

Hőgazdálkodás: Segíti a hő elvezetését, hogy a túlmelegedés ne befolyásolja a készülék teljesítményét.

Elektromos jellemzők: Befolyásolja az eszköz elektromos tulajdonságait, például vezetőképességet, hordozó mobilitását stb.

Az alkalmazási területeket tekintve a szubsztrát ostyákat széles körben használják:

Mikroelektronikai eszközök: például integrált áramkörök (IC), mikroprocesszorok stb.

Optoelektronikai eszközök: például LED-ek, lézerek, fotodetektorok stb.

Nagyfrekvenciás elektronikai eszközök: például RF erősítők, mikrohullámú készülékek stb.

Erőteljes elektronikai eszközök: például teljesítmény átalakítók, inverterek stb.

02. Félvezető anyagok és tulajdonságaik

Szilícium (Si) hordozó

· Az egykristályos szilícium és a polikristályos szilícium közötti különbség:

A szilícium a leggyakrabban használt félvezető anyag, főként egykristályos szilícium és polikristályos szilícium formájában. Az egykristályos szilícium folyamatos kristályszerkezetből áll, nagy tisztaságú és hibamentes tulajdonságokkal, amely nagyon alkalmas nagy teljesítményű elektronikus eszközökhöz. A polikristályos szilícium több szemcséből áll, és a szemcsék között szemcsehatárok vannak. Bár a gyártási költség alacsony, az elektromos teljesítmény gyenge, ezért általában alacsony teljesítményű vagy nagyszabású alkalmazási forgatókönyvekben használják, például napelemeknél.

·A szilícium hordozó elektronikai tulajdonságai és előnyei:

A szilícium szubsztrátum jó elektronikus tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a nagy hordozómobilitás és a mérsékelt energiarés (1,1 eV), ami miatt a szilícium ideális anyag a legtöbb félvezető eszköz gyártásához.

Ezenkívül a szilícium hordozók a következő előnyökkel rendelkeznek:

Magas tisztaságú: Fejlett tisztítási és növekedési technikákkal nagyon nagy tisztaságú egykristályos szilícium nyerhető.

Költséghatékonyság: Más félvezető anyagokkal összehasonlítva a szilícium alacsony költséggel és kiforrott gyártási folyamattal rendelkezik.

Oxid képződés: A szilícium természetesen szilícium-dioxid réteget (SiO2) képezhet, amely jó szigetelőrétegként szolgálhat az eszközgyártásban.

Gallium-arzenid (GaAs) szubsztrát

· A GaAs nagyfrekvenciás jellemzői:

A gallium-arzenid egy összetett félvezető, amely nagy elektronmobilitása és széles sávszélessége miatt különösen alkalmas nagyfrekvenciás és nagysebességű elektronikai eszközökhöz. A GaAs eszközök magasabb frekvencián, nagyobb hatékonysággal és alacsonyabb zajszinttel működhetnek. Emiatt a GaA fontos anyag a mikrohullámú és milliméterhullámú alkalmazásokban.

· GaAs alkalmazása optoelektronikában és nagyfrekvenciás elektronikai eszközökben:

Közvetlen sávszélessége miatt a GaAs-t széles körben használják optoelektronikai eszközökben is. Például a GaAs anyagokat széles körben használják LED-ek és lézerek gyártásában. Ezenkívül a GaAs nagy elektronmobilitása miatt jól teljesít RF erősítőkben, mikrohullámú készülékekben és műholdas kommunikációs berendezésekben.

Szilícium-karbid (SiC) szubsztrát

· A SiC hővezető képessége és nagy teljesítményű tulajdonságai:

A szilícium-karbid széles sávszélességű félvezető kiváló hővezető képességgel és nagy áttörési elektromos mezővel. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a SiC nagyon alkalmas nagy teljesítményű és magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz. A SiC eszközök stabilan működhetnek a szilícium eszközöknél többszörös feszültségen és hőmérsékleten.

· A SiC előnyei a teljesítményelektronikai eszközökben:

A SiC hordozók jelentős előnyöket mutatnak a teljesítményelektronikai eszközökben, például alacsonyabb kapcsolási veszteségeket és nagyobb hatékonyságot. Emiatt a SiC egyre népszerűbb a nagy teljesítményű konverziós alkalmazásokban, mint például az elektromos járművek, a szél- és napenergia-inverterek. Ezenkívül a SiC-t széles körben használják az űrkutatásban és az ipari irányításban a magas hőmérséklet-állósága miatt.

Gallium-nitrid (GaN) szubsztrát

· A GaN nagy elektronmobilitása és optikai tulajdonságai:

A gallium-nitrid egy másik széles sávú félvezető, rendkívül nagy elektronmobilitással és erős optikai tulajdonságokkal. A GaN nagy elektronmobilitása rendkívül hatékonyvá teszi a nagyfrekvenciás és nagy teljesítményű alkalmazásokban. Ugyanakkor a GaN az ultraibolya sugárzástól a látható tartományig képes fényt kibocsátani, amely különféle optoelektronikai eszközökhöz alkalmas.

· A GaN alkalmazása erősáramú és optoelektronikai eszközökben:

A teljesítményelektronika területén a GaN készülékek jeleskednek a kapcsolóüzemű tápegységekben és az RF erősítőkben, nagy áttörési elektromos mezőjük és alacsony bekapcsolási ellenállásuk miatt. Ugyanakkor a GaN az optoelektronikai eszközökben is fontos szerepet tölt be, különösen a LED-ek és lézerdiódák gyártásában, elősegítve a világítási és megjelenítési technológiák fejlődését.

· Feltörekvő anyagok potenciálja a félvezetőkben:

A tudomány és a technológia fejlődésével az olyan feltörekvő félvezető anyagok, mint a gallium-oxid (Ga2O3) és a gyémánt, nagy lehetőségeket mutattak. A gallium-oxid ultraszéles sávszélességgel (4,9 eV) rendelkezik, és kiválóan alkalmas nagy teljesítményű elektronikai eszközökhöz, míg a gyémánt ideális anyag a következő generációs nagy teljesítményű és nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz kiváló termikus tulajdonságai miatt vezetőképesség és rendkívül nagy hordozómobilitás. Ezek az új anyagok várhatóan fontos szerepet fognak játszani a jövőbeni elektronikai és optoelektronikai eszközökben.

03. Ostyagyártási folyamat

3.1 Szubsztrát ostyák növesztési technológiája

3.1.1. Czochralski-módszer (CZ-módszer)

A Czochralski-módszer a leggyakrabban használt módszer az egykristályos szilícium lapkák gyártására. Ez úgy történik, hogy egy magkristályt olvadt szilíciumba merítenek, majd lassan kihúzzák, így az olvadt szilícium a magkristályon kristályosodik, és egykristálylá nő. Ezzel a módszerrel nagyméretű, jó minőségű egykristályos szilícium állítható elő, amely kiválóan alkalmas nagyméretű integrált áramkörök gyártására.

3.1.2 Bridgman-módszer

A Bridgman-módszert általában összetett félvezetők, például gallium-arzenid termesztésére használják. Ennél a módszernél a nyersanyagokat tégelyben olvadt állapotra melegítik, majd lassan lehűtik, hogy egykristályt képezzenek. A Bridgman módszerrel szabályozható a kristály növekedési sebessége és iránya, és alkalmas összetett vegyület félvezetők előállítására.

3.1.3 Molekuláris nyaláb epitaxia (MBE)

A molekuláris nyaláb epitaxia egy olyan technológia, amelyet ultravékony félvezető rétegek szubsztrátumokon történő növesztésére használnak. Kiváló minőségű kristályrétegeket képez azáltal, hogy ultranagy vákuumkörnyezetben precízen szabályozza a különböző elemek molekuláris nyalábjait, és rétegről rétegre rakja le őket a hordozóra. Az MBE technológia különösen alkalmas nagy pontosságú kvantumpontok és ultravékony heterojunkciós struktúrák gyártására.

3.1.4 Kémiai gőzleválasztás (CVD)

A kémiai gőzleválasztás egy vékonyréteg-leválasztási technológia, amelyet széles körben használnak félvezetők és más nagy teljesítményű anyagok gyártásában. A CVD lebontja a gáz-halmazállapotú prekurzorokat, és lerakja azokat a hordozó felületére, így szilárd filmet képez. A CVD technológiával erősen szabályozott vastagságú és összetételű fóliákat lehet előállítani, ami nagyon alkalmas összetett készülékek gyártására.

3.2 Ostyavágás és polírozás

3.2.1 Szilícium lapka vágási technológia

A kristálynövekedés befejezése után a nagy kristályt vékony szeletekre vágják, hogy ostyákká váljanak. A szilíciumlemezes vágás általában gyémánt fűrészlapokat vagy drótfűrész-technológiát használ a vágási pontosság biztosítása és az anyagveszteség csökkentése érdekében. A vágási folyamatot pontosan szabályozni kell, hogy az ostya vastagsága és felületi síksága megfeleljen a követelményeknek.

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

A VeTek Semiconductor egy professzionális kínai gyártó4°-os tengelytől eltérő p-típusú SiC lapka, 4H N típusú SiC szubsztrát, és4H félig szigetelő SiC szubsztrát.  A VeTek Semiconductor elkötelezett amellett, hogy fejlett megoldásokat kínáljon a különféle alkalmazásokhozSiC ostyatermékek a félvezetőipar számára. 

Ha érdekelFélvezető hordozó ostyas, kérjük, forduljon hozzánk közvetlenül.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com