Polprevodniške substratne rezine: lastnosti materiala silicija, GaAs, SiC in GaN

01. Osnovepolprevodniške substratne rezine

1.1 Opredelitev polprevodniškega substrata

Polprevodniški substrat se nanaša na osnovni material, ki se uporablja pri izdelavi polprevodniških naprav, običajno monokristalnih ali polikristalnih materialov, izdelanih z visoko prečiščeno tehnologijo rasti kristalov. Substratne rezine so običajno tanke in trdne pločevinaste strukture, na katerih so izdelane različne polprevodniške naprave in vezja. Čistost in kakovost substrata neposredno vplivata na zmogljivost in zanesljivost končne polprevodniške naprave.

1.2 Vloga in področje uporabe substratnih rezin

Substratne rezine igrajo ključno vlogo v procesu izdelave polprevodnikov. Kot osnova naprav in vezij, substratne rezine ne podpirajo samo strukture celotne naprave, temveč zagotavljajo tudi potrebno podporo v električnih, termičnih in mehanskih vidikih. Njegove glavne funkcije vključujejo:

Mehanska podpora: Zagotovite stabilno strukturno osnovo za podporo nadaljnjih korakov izdelave.

Toplotno upravljanje: Pomagajte pri odvajanju toplote, da preprečite, da bi pregrevanje vplivalo na delovanje naprave.

Električne značilnosti: vpliva na električne lastnosti naprave, kot so prevodnost, mobilnost nosilca itd.

Kar zadeva področja uporabe, se substratne rezine pogosto uporabljajo v:

Mikroelektronske naprave: kot so integrirana vezja (IC), mikroprocesorji itd.

Optoelektronske naprave: kot so LED, laserji, fotodetektorji itd.

Visokofrekvenčne elektronske naprave: kot so RF ojačevalniki, mikrovalovne naprave itd.

Napajalne elektronske naprave: kot so pretvorniki moči, inverterji itd.

02. Polprevodniški materiali in njihove lastnosti

Silicijeva (Si) podlaga

· Razlika med monokristalnim silicijem in polikristalnim silicijem:

Silicij je najpogosteje uporabljen polprevodniški material, predvsem v obliki monokristalnega silicija in polikristalnega silicija. Enokristalni silicij je sestavljen iz neprekinjene kristalne strukture z značilnostmi visoke čistosti in brez napak, kar je zelo primerno za visoko zmogljive elektronske naprave. Polikristalni silicij je sestavljen iz več zrn, med zrni pa so meje zrn. Čeprav so proizvodni stroški nizki, je električna zmogljivost slaba, zato se običajno uporablja v nekaterih nizko zmogljivih ali obsežnih scenarijih uporabe, kot so sončne celice.

·Elektronske lastnosti in prednosti silicijevega substrata:

Silicijev substrat ima dobre elektronske lastnosti, kot sta visoka mobilnost nosilcev in zmerna energijska vrzel (1,1 eV), zaradi česar je silicij idealen material za izdelavo večine polprevodniških naprav.

Poleg tega imajo silikonske podlage naslednje prednosti:

Visoka čistost: Z naprednimi tehnikami čiščenja in rasti je mogoče pridobiti monokristalni silicij zelo visoke čistosti.

Stroškovna učinkovitost: V primerjavi z drugimi polprevodniškimi materiali ima silicij nizke stroške in zrel proizvodni proces.

Tvorba oksida: Silicij lahko naravno tvori plast silicijevega dioksida (SiO2), ki lahko služi kot dobra izolacijska plast pri izdelavi naprav.

Substrat iz galijevega arzenida (GaAs).

· Visokofrekvenčne značilnosti GaAs:

Galijev arzenid je sestavljeni polprevodnik, ki je še posebej primeren za visokofrekvenčne in hitre elektronske naprave zaradi svoje visoke mobilnosti elektronov in širokega pasovnega razmika. Naprave GaAs lahko delujejo pri višjih frekvencah z večjo učinkovitostjo in nižjimi ravnmi hrupa. Zaradi tega je GaAs pomemben material v mikrovalovnih in milimetrskih valovih.

· Uporaba GaAs v optoelektroniki in visokofrekvenčnih elektronskih napravah:

Zaradi neposrednega pasovnega razmika se GaAs pogosto uporablja tudi v optoelektronskih napravah. Na primer, materiali GaAs se pogosto uporabljajo v proizvodnji LED in laserjev. Poleg tega se zaradi visoke mobilnosti elektronov GaAs dobro obnese v RF ojačevalnikih, mikrovalovnih napravah in satelitski komunikacijski opremi.

Podlaga iz silicijevega karbida (SiC).

· Toplotna prevodnost in močnostne lastnosti SiC:

Silicijev karbid je polprevodnik s širokim pasovnim razmakom z odlično toplotno prevodnostjo in močnim prebojnim električnim poljem. Zaradi teh lastnosti je SiC zelo primeren za aplikacije z visoko močjo in visoko temperaturo. SiC naprave lahko stabilno delujejo pri nekajkrat višjih napetostih in temperaturah kot silicijeve naprave.

· Prednosti SiC v močnostnih elektronskih napravah:

Podlage SiC kažejo pomembne prednosti v močnostnih elektronskih napravah, kot so nižje izgube pri preklopu in večja učinkovitost. Zaradi tega je SiC vedno bolj priljubljen v aplikacijah za pretvorbo velike moči, kot so električna vozila, vetrni in sončni pretvorniki. Poleg tega se SiC pogosto uporablja v vesoljski in industrijski kontroli zaradi svoje visoke temperaturne odpornosti.

Podlaga iz galijevega nitrida (GaN).

· Visoka mobilnost elektronov in optične lastnosti GaN:

Galijev nitrid je še en polprevodnik s širokim pasovnim razmakom z izjemno visoko mobilnostjo elektronov in močnimi optičnimi lastnostmi. Zaradi visoke mobilnosti elektronov je GaN zelo učinkovit pri visokofrekvenčnih in močnih aplikacijah. Hkrati lahko GaN oddaja svetlobo v ultravijoličnem do vidnem območju, primerno za različne optoelektronske naprave.

· Uporaba GaN v energetskih in optoelektronskih napravah:

Na področju močnostne elektronike se GaN naprave odlikujejo pri stikalnih napajalnikih in RF ojačevalnikih zaradi njihovega močnega prebojnega električnega polja in nizke vklopne upornosti. Obenem ima GaN tudi pomembno vlogo v optoelektronskih napravah, zlasti pri izdelavi LED in laserskih diod, ki spodbujajo napredek tehnologij razsvetljave in prikazovanja.

· Potencial nastajajočih materialov v polprevodnikih:

Z razvojem znanosti in tehnologije so nastajajoči polprevodniški materiali, kot sta galijev oksid (Ga2O3) in diamant, pokazali velik potencial. Galijev oksid ima ultra širok pas (4,9 eV) in je zelo primeren za visoko zmogljive elektronske naprave, medtem ko diamant velja za idealen material za naslednjo generacijo visoko zmogljivih in visokofrekvenčnih aplikacij zaradi svoje odlične toplote. prevodnost in izjemno visoka mobilnost nosilcev. Ti novi materiali naj bi imeli pomembno vlogo v prihodnjih elektronskih in optoelektronskih napravah.

03. Postopek izdelave rezin

3.1 Tehnologija rasti substratnih rezin

3.1.1 Metoda Czochralskega (metoda CZ)

Metoda Czochralski je najpogosteje uporabljena metoda za izdelavo enokristalnih silicijevih rezin. Izvede se tako, da kalilni kristal potopimo v staljeni silicij in ga nato počasi izvlečemo, tako da staljeni silicij kristalizira na kalitvenem kristalu in zraste v en kristal. Ta metoda lahko proizvede enokristalni silicij velike velikosti, visoke kakovosti, ki je zelo primeren za izdelavo velikih integriranih vezij.

3.1.2 Bridgmanova metoda

Bridgmanova metoda se običajno uporablja za gojenje sestavljenih polprevodnikov, kot je galijev arzenid. Pri tej metodi se surovine v lončku segrejejo do staljenega stanja in nato počasi ohladijo, da nastane en sam kristal. Bridgmanova metoda lahko nadzoruje hitrost rasti in smer kristala in je primerna za proizvodnjo kompleksnih sestavljenih polprevodnikov.

3.1.3 Epitaksija z molekularnim žarkom (MBE)

Molekularno žarkovna epitaksija je tehnologija, ki se uporablja za gojenje ultratankih polprevodniških plasti na podlagah. Tvori visokokakovostne kristalne plasti z natančnim nadzorom molekularnih žarkov različnih elementov v okolju ultra visokega vakuuma in odlaganjem le-teh plast za plastjo na podlago. Tehnologija MBE je še posebej primerna za izdelavo visoko natančnih kvantnih pik in ultratankih heterojunkcijskih struktur.

3.1.4 Kemično naparjevanje (CVD)

Kemično parno nanašanje je tehnologija tankoslojnega nanašanja, ki se pogosto uporablja v proizvodnji polprevodnikov in drugih visoko zmogljivih materialov. CVD razgradi plinaste prekurzorje in jih odloži na površino substrata, da tvori trden film. CVD tehnologija lahko proizvaja filme z visoko nadzorovano debelino in sestavo, kar je zelo primerno za izdelavo kompleksnih naprav.

3.2 Rezanje in poliranje rezin

3.2.1 Tehnologija rezanja silicijevih rezin

Ko je rast kristala končana, bo velik kristal razrezan na tanke rezine, da postanejo rezine. Rezanje silicijevih rezin običajno uporablja diamantne žagine liste ali tehnologijo žičnih žag, da se zagotovi natančnost rezanja in zmanjša izguba materiala. Postopek rezanja je treba natančno nadzorovati, da zagotovimo, da debelina in ravnost površine rezine ustrezata zahtevam.

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

VeTek Semiconductor je profesionalni kitajski proizvajalec4° off axis p-type SiC rezine, SiC substrat tipa 4H N, in4H polizolacijski tip SiC substrata.  VeTek Semiconductor je zavezan zagotavljanju naprednih rešitev za različneSiC rezineizdelki za industrijo polprevodnikov. 

Če vas zanimaPolprevodniška substratna rezinas, vas prosimo, da nas kontaktirate neposredno.

Mob.: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-pošta: anny@veteksemi.com