Polovodičový substrát wafer: Materiálové vlastnosti kremíka, GaAs, SiC a GaN

01. Základypolovodičový substrát wafer

1.1 Definícia polovodičového substrátu

Polovodičový substrát sa vzťahuje na základný materiál používaný pri výrobe polovodičových zariadení, zvyčajne monokryštálové alebo polykryštalické materiály vyrobené vysoko čistenou technológiou a technológiou rastu kryštálov. Substrátové doštičky sú zvyčajne tenké a pevné plechové štruktúry, na ktorých sa vyrábajú rôzne polovodičové zariadenia a obvody. Čistota a kvalita substrátu priamo ovplyvňuje výkon a spoľahlivosť konečného polovodičového zariadenia.

1.2 Úloha a oblasť použitia substrátových doštičiek

Substrátové doštičky hrajú dôležitú úlohu v procese výroby polovodičov. Ako základ zariadení a obvodov substrátové doštičky nielen podporujú štruktúru celého zariadenia, ale poskytujú aj potrebnú podporu v elektrických, tepelných a mechanických aspektoch. Medzi jeho hlavné funkcie patrí:

Mechanická podpora: Poskytnite stabilný štrukturálny základ na podporu následných výrobných krokov.

Tepelný manažment: Pomôžte rozptýliť teplo, aby ste zabránili prehriatiu ovplyvňovať výkon zariadenia.

Elektrické charakteristiky: Ovplyvňuje elektrické vlastnosti zariadenia, ako je vodivosť, pohyblivosť nosiča atď.

Z hľadiska aplikačných oblastí sa substrátové doštičky široko používajú v:

Mikroelektronické zariadenia: ako sú integrované obvody (IC), mikroprocesory atď.

Optoelektronické zariadenia: ako sú LED diódy, lasery, fotodetektory atď.

Vysokofrekvenčné elektronické zariadenia: ako sú RF zosilňovače, mikrovlnné zariadenia atď.

Výkonové elektronické zariadenia: ako sú výkonové meniče, invertory atď.

02. Polovodičové materiály a ich vlastnosti

Kremíkový (Si) substrát

· Rozdiel medzi monokryštálovým kremíkom a polykryštalickým kremíkom:

Kremík je najbežnejšie používaný polovodičový materiál, hlavne vo forme monokryštálového kremíka a polykryštalického kremíka. Monokryštálový kremík sa skladá z kontinuálnej kryštálovej štruktúry s vysokou čistotou a bezporuchovosťou, ktorá je veľmi vhodná pre vysokovýkonné elektronické zariadenia. Polykryštalický kremík sa skladá z viacerých zŕn a medzi zrnami sú hranice zŕn. Aj keď sú výrobné náklady nízke, elektrický výkon je slabý, takže sa zvyčajne používa v niektorých scenároch s nízkym výkonom alebo vo veľkom meradle, ako sú solárne články.

·Elektronické vlastnosti a výhody kremíkového substrátu:

Kremíkový substrát má dobré elektronické vlastnosti, ako je vysoká mobilita nosiča a mierna energetická medzera (1,1 eV), vďaka čomu je kremík ideálnym materiálom na výrobu väčšiny polovodičových zariadení.

Okrem toho majú kremíkové substráty nasledujúce výhody:

Vysoká čistota: Prostredníctvom pokročilých techník čistenia a rastu je možné získať monokryštálový kremík s veľmi vysokou čistotou.

Nákladová efektívnosť: V porovnaní s inými polovodičovými materiálmi má kremík nízku cenu a vyspelý výrobný proces.

Tvorba oxidu: Kremík môže prirodzene vytvárať vrstvu oxidu kremičitého (SiO2), ktorý môže slúžiť ako dobrá izolačná vrstva pri výrobe zariadení.

Substrát arzenidu gália (GaAs).

· Vysokofrekvenčné charakteristiky GaAs:

Arzenid gália je zložený polovodič, ktorý je obzvlášť vhodný pre vysokofrekvenčné a vysokorýchlostné elektronické zariadenia vďaka svojej vysokej pohyblivosti elektrónov a širokému pásmu. GaAs zariadenia môžu pracovať na vyšších frekvenciách s vyššou účinnosťou a nižšou hladinou hluku. Vďaka tomu je GaAs dôležitým materiálom v mikrovlnných aplikáciách a aplikáciách s milimetrovými vlnami.

· Aplikácia GaAs v optoelektronike a vysokofrekvenčných elektronických zariadeniach:

Vďaka priamemu bandgapu je GaAs tiež široko používaný v optoelektronických zariadeniach. Napríklad materiály GaAs sú široko používané pri výrobe LED a laserov. Okrem toho vďaka vysokej mobilite elektrónov GaAs dobre fungujú v RF zosilňovačoch, mikrovlnných zariadeniach a satelitných komunikačných zariadeniach.

Substrát z karbidu kremíka (SiC).

· Tepelná vodivosť a vysoké výkonové vlastnosti SiC:

Karbid kremíka je širokopásmový polovodič s vynikajúcou tepelnou vodivosťou a vysokým prierazným elektrickým poľom. Vďaka týmto vlastnostiam je SiC veľmi vhodný pre vysokovýkonné a vysokoteplotné aplikácie. SiC zariadenia môžu stabilne pracovať pri napätiach a teplotách niekoľkonásobne vyšších ako kremíkové zariadenia.

· Výhody SiC vo výkonových elektronických zariadeniach:

Substráty SiC vykazujú významné výhody vo výkonových elektronických zariadeniach, ako sú nižšie spínacie straty a vyššia účinnosť. Vďaka tomu je SiC čoraz obľúbenejší v aplikáciách konverzie vysokého výkonu, ako sú elektrické vozidlá, veterné a solárne invertory. Okrem toho je SiC široko používaný v leteckom a priemyselnom riadení vďaka svojej odolnosti voči vysokej teplote.

Substrát nitridu gália (GaN).

· Vysoká mobilita elektrónov a optické vlastnosti GaN:

Nitrid gália je ďalší širokopásmový polovodič s extrémne vysokou pohyblivosťou elektrónov a silnými optickými vlastnosťami. Vysoká mobilita elektrónov GaN ho robí veľmi efektívnym vo vysokofrekvenčných a vysokovýkonných aplikáciách. Súčasne môže GaN vyžarovať svetlo v ultrafialovom až viditeľnom rozsahu, vhodné pre rôzne optoelektronické zariadenia.

· Aplikácia GaN vo výkonových a optoelektronických zariadeniach:

V oblasti výkonovej elektroniky vynikajú zariadenia GaN v spínaných zdrojoch a RF zosilňovačoch vďaka vysokému prieraznému elektrickému poľu a nízkemu odporu zapnutia. GaN zároveň zohráva dôležitú úlohu aj v optoelektronických zariadeniach, najmä pri výrobe LED a laserových diód, čím podporuje pokrok v osvetľovacích a zobrazovacích technológiách.

· Potenciál vznikajúcich materiálov v polovodičoch:

S rozvojom vedy a techniky ukázali nové polovodičové materiály, ako je oxid gália (Ga2O3) a diamant, veľký potenciál. Oxid gália má ultra široký bandgap (4,9 eV) a je veľmi vhodný pre vysokovýkonné elektronické zariadenia, zatiaľ čo diamant je považovaný za ideálny materiál pre ďalšiu generáciu vysokovýkonných a vysokofrekvenčných aplikácií vďaka svojim vynikajúcim tepelným vlastnostiam. vodivosť a extrémne vysokú mobilitu nosiča. Očakáva sa, že tieto nové materiály budú hrať dôležitú úlohu v budúcich elektronických a optoelektronických zariadeniach.

03. Proces výroby oblátok

3.1 Technológia rastu substrátových doštičiek

3.1.1 Czochralského metóda (CZ metóda)

Czochralského metóda je najbežnejšie používaná metóda na výrobu monokryštálových kremíkových doštičiek. Robí sa tak, že sa zárodočný kryštál ponorí do roztaveného kremíka a potom sa pomaly vytiahne, takže roztavený kremík skryštalizuje na zárodočnom kryštáli a vyrastie do jedného kryštálu. Touto metódou je možné vyrobiť veľkorozmerný vysokokvalitný monokryštálový kremík, ktorý je veľmi vhodný na výrobu rozsiahlych integrovaných obvodov.

3.1.2 Bridgmanova metóda

Bridgmanova metóda sa bežne používa na pestovanie zložených polovodičov, ako je arzenid gália. Pri tejto metóde sa suroviny zahrievajú do roztaveného stavu v tégliku a potom sa pomaly ochladzujú za vzniku monokryštálu. Bridgmanova metóda môže riadiť rýchlosť a smer rastu kryštálu a je vhodná na výrobu polovodičov s komplexnými zlúčeninami.

3.1.3 Epitaxia molekulárneho lúča (MBE)

Molekulárna epitaxia je technológia používaná na pestovanie ultratenkých polovodičových vrstiev na substrátoch. Vytvára vysokokvalitné kryštálové vrstvy precíznym riadením molekulárnych lúčov rôznych prvkov v prostredí ultravysokého vákua a ich ukladaním vrstvu po vrstve na substrát. Technológia MBE je obzvlášť vhodná na výrobu vysoko presných kvantových bodov a ultratenkých heterojunkčných štruktúr.

3.1.4 Chemická depozícia z pár (CVD)

Chemické nanášanie pár je technológia nanášania tenkých vrstiev široko používaná pri výrobe polovodičov a iných vysokovýkonných materiálov. CVD rozkladá plynné prekurzory a ukladá ich na povrch substrátu za vzniku pevného filmu. Technológia CVD dokáže produkovať filmy s vysoko kontrolovanou hrúbkou a zložením, čo je veľmi vhodné na výrobu zložitých zariadení.

3.2 Rezanie a leštenie plátkov

3.2.1 Technológia rezania kremíkových plátkov

Po dokončení rastu kryštálov sa veľký kryštál rozreže na tenké plátky, aby sa z nich stali oblátky. Rezanie kremíkových plátkov zvyčajne používa diamantové pílové kotúče alebo technológiu drôtovej píly na zabezpečenie presnosti rezu a zníženie strát materiálu. Proces rezania musí byť presne kontrolovaný, aby sa zabezpečilo, že hrúbka a rovinnosť povrchu plátku spĺňajú požiadavky.

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

VeTek Semiconductor je profesionálny čínsky výrobca4° mimo osi SiC Wafer typu p, 4H N typ SiC substrát, a4H Poloizolačný typ SiC substrát.  VeTek Semiconductor sa zaviazal poskytovať pokročilé riešenia pre rôzneSiC oblátkaprodukty pre polovodičový priemysel. 

Ak máte záujem oPolovodičový substrátový plátoks, neváhajte nás kontaktovať priamo.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com