Γκοφρέτα υποστρώματος ημιαγωγών: Ιδιότητες υλικού πυριτίου, GaAs, SiC και GaN

01. Βασικά τουγκοφρέτα υποστρώματος ημιαγωγών

1.1 Ορισμός υποστρώματος ημιαγωγών

Το υπόστρωμα ημιαγωγών αναφέρεται στο βασικό υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών, συνήθως μονοκρύσταλλων ή πολυκρυσταλλικών υλικών που κατασκευάζονται με τεχνολογία υψηλής καθαρότητας και ανάπτυξης κρυστάλλων. Οι γκοφρέτες υποστρώματος είναι συνήθως δομές λεπτών και συμπαγών φύλλων, πάνω στις οποίες κατασκευάζονται διάφορες συσκευές και κυκλώματα ημιαγωγών. Η καθαρότητα και η ποιότητα του υποστρώματος επηρεάζουν άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία της τελικής συσκευής ημιαγωγών.

1.2 Ο ρόλος και το πεδίο εφαρμογής των γκοφρετών υποστρώματος

Οι γκοφρέτες υποστρώματος διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών. Ως βάση συσκευών και κυκλωμάτων, οι γκοφρέτες υποστρώματος όχι μόνο υποστηρίζουν τη δομή ολόκληρης της συσκευής, αλλά παρέχουν επίσης την απαραίτητη υποστήριξη σε ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές πτυχές. Οι κύριες λειτουργίες του περιλαμβάνουν:

Μηχανική υποστήριξη: Παρέχετε μια σταθερή δομική βάση για την υποστήριξη των επόμενων βημάτων κατασκευής.

Θερμική διαχείριση: Βοηθήστε στη διάχυση της θερμότητας για να αποτρέψετε την υπερθέρμανση να επηρεάσει την απόδοση της συσκευής.

Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά: Επηρεάστε τις ηλεκτρικές ιδιότητες της συσκευής, όπως η αγωγιμότητα, η κινητικότητα του φορέα κ.λπ.

Όσον αφορά τα πεδία εφαρμογής, οι γκοφρέτες υποστρώματος χρησιμοποιούνται ευρέως σε:

Μικροηλεκτρονικές συσκευές: όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC), μικροεπεξεργαστές κ.λπ.

Οπτικοηλεκτρονικές συσκευές: όπως LED, λέιζερ, φωτοανιχνευτές κ.λπ.

Ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής συχνότητας: όπως ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων, συσκευές μικροκυμάτων κ.λπ.

Ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος: όπως μετατροπείς ισχύος, μετατροπείς κ.λπ.

02. Ημιαγωγικά υλικά και οι ιδιότητές τους

Υπόστρωμα πυριτίου (Si).

· Η διαφορά μεταξύ μονοκρυσταλλικού πυριτίου και πολυκρυσταλλικού πυριτίου:

Το πυρίτιο είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υλικό ημιαγωγών, κυρίως με τη μορφή μονοκρυσταλλικού πυριτίου και πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο αποτελείται από μια συνεχή κρυσταλλική δομή, με χαρακτηριστικά υψηλής καθαρότητας και χωρίς ελαττώματα, η οποία είναι πολύ κατάλληλη για ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής απόδοσης. Το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο αποτελείται από πολλαπλούς κόκκους και υπάρχουν όρια κόκκων μεταξύ των κόκκων. Αν και το κόστος κατασκευής είναι χαμηλό, η ηλεκτρική απόδοση είναι χαμηλή, επομένως χρησιμοποιείται συνήθως σε ορισμένα σενάρια εφαρμογής χαμηλής απόδοσης ή μεγάλης κλίμακας, όπως ηλιακά κύτταρα.

·Ηλεκτρονικές ιδιότητες και πλεονεκτήματα του υποστρώματος πυριτίου:

Το υπόστρωμα πυριτίου έχει καλές ηλεκτρονικές ιδιότητες, όπως υψηλή κινητικότητα φορέα και μέτριο ενεργειακό κενό (1,1 eV), που καθιστούν το πυρίτιο ιδανικό υλικό για την κατασκευή των περισσότερων συσκευών ημιαγωγών.

Επιπλέον, τα υποστρώματα πυριτίου έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Υψηλή καθαρότητα: Μέσω προηγμένων τεχνικών καθαρισμού και ανάπτυξης, μπορεί να ληφθεί μονοκρυσταλλικό πυρίτιο πολύ υψηλής καθαρότητας.

Η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας: Σε σύγκριση με άλλα υλικά ημιαγωγών, το πυρίτιο έχει χαμηλό κόστος και ώριμη διαδικασία κατασκευής.

Σχηματισμός οξειδίου: Το πυρίτιο μπορεί φυσικά να σχηματίσει ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου (SiO2), το οποίο μπορεί να χρησιμεύσει ως ένα καλό μονωτικό στρώμα στην κατασκευή συσκευών.

Υπόστρωμα αρσενιδίου του γαλλίου (GaAs).

· Χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας GaAs:

Το αρσενίδιο του γαλλίου είναι ένας σύνθετος ημιαγωγός που είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής συχνότητας και υψηλής ταχύτητας λόγω της υψηλής κινητικότητας των ηλεκτρονίων και του μεγάλου χάσματος ζώνης. Οι συσκευές GaAs μπορούν να λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες με υψηλότερη απόδοση και χαμηλότερα επίπεδα θορύβου. Αυτό καθιστά το GaAs σημαντικό υλικό σε εφαρμογές μικροκυμάτων και κυμάτων χιλιοστών.

· Εφαρμογή GaAs σε οπτοηλεκτρονική και ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής συχνότητας:

Λόγω του άμεσου κενού ζώνης του, το GaAs χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Για παράδειγμα, τα υλικά GaAs χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή LED και λέιζερ. Επιπλέον, η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων του GaAs το κάνει να έχει καλή απόδοση σε ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων, συσκευές μικροκυμάτων και εξοπλισμό δορυφορικής επικοινωνίας.

Υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίου (SiC).

· Θερμική αγωγιμότητα και ιδιότητες υψηλής ισχύος του SiC:

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένας ημιαγωγός ευρείας ζώνης με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και ηλεκτρικό πεδίο υψηλής διάσπασης. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το SiC πολύ κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ισχύος και υψηλής θερμοκρασίας. Οι συσκευές SiC μπορούν να λειτουργούν σταθερά σε τάσεις και θερμοκρασίες αρκετές φορές υψηλότερες από τις συσκευές πυριτίου.

· Πλεονεκτήματα του SiC σε ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος:

Τα υποστρώματα SiC παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα στις ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος, όπως χαμηλότερες απώλειες μεταγωγής και υψηλότερη απόδοση. Αυτό καθιστά το SiC όλο και πιο δημοφιλές σε εφαρμογές μετατροπής υψηλής ισχύος, όπως ηλεκτρικά οχήματα, αιολικοί και ηλιακοί μετατροπείς. Επιπλέον, το SiC χρησιμοποιείται ευρέως στον αεροδιαστημικό και βιομηχανικό έλεγχο λόγω της αντοχής του σε υψηλή θερμοκρασία.

Υπόστρωμα νιτριδίου του γαλλίου (GaN).

· Υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και οπτικές ιδιότητες του GaN:

Το νιτρίδιο του γαλλίου είναι ένας άλλος ημιαγωγός ευρείας ζώνης με εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και ισχυρές οπτικές ιδιότητες. Η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων του GaN το καθιστά πολύ αποδοτικό σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος. Ταυτόχρονα, το GaN μπορεί να εκπέμψει φως από το υπεριώδες έως το ορατό εύρος, κατάλληλο για μια ποικιλία οπτοηλεκτρονικών συσκευών.

· Εφαρμογή του GaN σε ηλεκτρικές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές:

Στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος, οι συσκευές GaN υπερέχουν στα τροφοδοτικά μεταγωγής και στους ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων λόγω του υψηλού ηλεκτρικού πεδίου διάσπασης και της χαμηλής αντίστασης ενεργοποίησης. Ταυτόχρονα, το GaN παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στις οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ειδικά στην κατασκευή LED και διόδων λέιζερ, προωθώντας την πρόοδο των τεχνολογιών φωτισμού και οθόνης.

· Δυνατότητα αναδυόμενων υλικών σε ημιαγωγούς:

Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, τα αναδυόμενα υλικά ημιαγωγών όπως το οξείδιο του γαλλίου (Ga2O3) και το διαμάντι έχουν δείξει μεγάλες δυνατότητες. Το οξείδιο του γαλλίου έχει εξαιρετικά μεγάλο διάκενο ζώνης (4,9 eV) και είναι πολύ κατάλληλο για ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος, ενώ το διαμάντι θεωρείται ιδανικό υλικό για την επόμενη γενιά εφαρμογών υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας λόγω της εξαιρετικής θερμικής του ενέργειας. αγωγιμότητα και εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα φορέα. Αυτά τα νέα υλικά αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στις μελλοντικές ηλεκτρονικές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές.

03. Διαδικασία κατασκευής γκοφρέτας

3.1 Τεχνολογία ανάπτυξης γκοφρετών υποστρώματος

3.1.1 Μέθοδος Czochralski (μέθοδος CZ)

Η μέθοδος Czochralski είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την κατασκευή πλακών μονοκρυστάλλου πυριτίου. Γίνεται βυθίζοντας ένα κρύσταλλο σπόρου σε λιωμένο πυρίτιο και στη συνέχεια τραβώντας το αργά προς τα έξω, έτσι ώστε το λιωμένο πυρίτιο να κρυσταλλωθεί πάνω στον κρύσταλλο των σπόρων και να αναπτυχθεί σε ένα ενιαίο κρύσταλλο. Αυτή η μέθοδος μπορεί να παράγει μεγάλου μεγέθους, υψηλής ποιότητας μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, το οποίο είναι πολύ κατάλληλο για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας.

3.1.2 Μέθοδος Bridgman

Η μέθοδος Bridgman χρησιμοποιείται συνήθως για την ανάπτυξη σύνθετων ημιαγωγών, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου. Σε αυτή τη μέθοδο, οι πρώτες ύλες θερμαίνονται σε τετηγμένη κατάσταση σε ένα χωνευτήριο και στη συνέχεια ψύχονται αργά για να σχηματίσουν έναν ενιαίο κρύσταλλο. Η μέθοδος Bridgman μπορεί να ελέγξει τον ρυθμό ανάπτυξης και την κατεύθυνση του κρυστάλλου και είναι κατάλληλη για την παραγωγή σύνθετων ημιαγωγών.

3.1.3 Επιταξία μοριακής δέσμης (MBE)

Η επιταξία μοριακής δέσμης είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών στρωμάτων ημιαγωγών σε υποστρώματα. Σχηματίζει κρυσταλλικά στρώματα υψηλής ποιότητας ελέγχοντας με ακρίβεια τις μοριακές δέσμες διαφορετικών στοιχείων σε περιβάλλον εξαιρετικά υψηλού κενού και αποθέτοντάς τους στρώμα προς στρώμα στο υπόστρωμα. Η τεχνολογία MBE είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για την κατασκευή κβαντικών κουκκίδων υψηλής ακρίβειας και εξαιρετικά λεπτών δομών ετεροσύνδεσης.

3.1.4 Εναπόθεση χημικών ατμών (CVD)

Η εναπόθεση χημικών ατμών είναι μια τεχνολογία εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης που χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή ημιαγωγών και άλλων υλικών υψηλής απόδοσης. Το CVD αποσυνθέτει αέριες πρόδρομες ουσίες και τις εναποθέτει στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσει ένα στερεό φιλμ. Η τεχνολογία CVD μπορεί να παράγει φιλμ με εξαιρετικά ελεγχόμενο πάχος και σύνθεση, κάτι που είναι πολύ κατάλληλο για την κατασκευή πολύπλοκων συσκευών.

3.2 Κοπή και στίλβωση γκοφρέτας

3.2.1 Τεχνολογία κοπής γκοφρέτας πυριτίου

Αφού ολοκληρωθεί η ανάπτυξη των κρυστάλλων, ο μεγάλος κρύσταλλος θα κοπεί σε λεπτές φέτες για να γίνει γκοφρέτα. Η κοπή γκοφρέτας πυριτίου χρησιμοποιεί συνήθως λεπίδες πριονιού διαμαντιού ή τεχνολογία συρμάτινου πριονιού για να εξασφαλίσει την ακρίβεια κοπής και να μειώσει την απώλεια υλικού. Η διαδικασία κοπής πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια για να διασφαλιστεί ότι το πάχος και η επιπεδότητα της επιφάνειας της γκοφρέτας πληρούν τις απαιτήσεις.

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

Η VeTek Semiconductor είναι επαγγελματίας κινέζος κατασκευαστήςΓκοφρέτα SiC τύπου p 4° εκτός άξονα, Υπόστρωμα SiC τύπου 4H N, καιΥπόστρωμα 4Η Ημιμονωτικού τύπου SiC.  Η VeTek Semiconductor δεσμεύεται να παρέχει προηγμένες λύσεις για διάφοραSiC Waferπροϊόντα για τη βιομηχανία ημιαγωγών. 

Αν σας ενδιαφέρειΓκοφρέτα υποστρώματος ημιαγωγώνs, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας απευθείας.

Κιν: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com