Полупроводникова подложка: Свойства на материала на силиций, GaAs, SiC и GaN

01. Основи напластина с полупроводников субстрат

1.1 Дефиниция на полупроводников субстрат

Полупроводниковият субстрат се отнася до основния материал, използван в производството на полупроводникови устройства, обикновено монокристални или поликристални материали, направени чрез високо пречистена технология и технология за растеж на кристали. Субстратните пластини обикновено са тънки и твърди листови структури, върху които се произвеждат различни полупроводникови устройства и схеми. Чистотата и качеството на субстрата пряко влияят на производителността и надеждността на крайното полупроводниково устройство.

1.2 Ролята и областта на приложение на субстратните пластини

Субстратните пластини играят жизненоважна роля в процеса на производство на полупроводници. Като основа на устройствата и схемите, субстратните пластини не само поддържат структурата на цялото устройство, но също така осигуряват необходимата поддръжка в електрически, термични и механични аспекти. Основните му функции включват:

Механична опора: Осигурете стабилна структурна основа за поддържане на следващите производствени стъпки.

Топлинно управление: Помогнете за разсейването на топлината, за да предотвратите прегряването да повлияе на работата на устройството.

Електрически характеристики: Влияе на електрическите свойства на устройството, като проводимост, подвижност на носителя и др.

По отношение на областите на приложение, субстратните пластини се използват широко в:

Микроелектронни устройства: като интегрални схеми (IC), микропроцесори и др.

Оптоелектронни устройства: като светодиоди, лазери, фотодетектори и др.

Високочестотни електронни устройства: като RF усилватели, микровълнови устройства и др.

Силови електронни устройства: като преобразуватели на мощност, инвертори и др.

02. Полупроводникови материали и техните свойства

Силициева (Si) подложка

· Разликата между монокристален силиций и поликристален силиций:

Силицият е най-често използваният полупроводников материал, главно под формата на монокристален силиций и поликристален силиций. Монокристалният силиций се състои от непрекъсната кристална структура с висока чистота и характеристики без дефекти, което е много подходящо за високопроизводителни електронни устройства. Поликристалният силиций се състои от множество зърна и има граници между зърната. Въпреки че производствените разходи са ниски, електрическите характеристики са лоши, така че обикновено се използва в някои сценарии с ниска производителност или мащабни приложения, като например слънчеви клетки.

·Електронни свойства и предимства на силициевия субстрат:

Силициевият субстрат има добри електронни свойства, като висока подвижност на носители и умерена енергийна празнина (1,1 eV), което прави силиция идеален материал за производството на повечето полупроводникови устройства.

В допълнение, силиконовите субстрати имат следните предимства:

Висока чистота: Чрез усъвършенствани техники за пречистване и растеж може да се получи монокристален силиций с много висока чистота.

Ефективност на разходите: В сравнение с други полупроводникови материали, силицийът има ниска цена и зрял производствен процес.

Образуване на оксид: Силицият може естествено да образува слой от силициев диоксид (SiO2), който може да служи като добър изолационен слой при производството на устройства.

Субстрат от галиев арсенид (GaAs).

· Високочестотни характеристики на GaAs:

Галиевият арсенид е съставен полупроводник, който е особено подходящ за високочестотни и високоскоростни електронни устройства поради високата си подвижност на електроните и широката ширина на обхвата. GaAs устройствата могат да работят на по-високи честоти с по-висока ефективност и по-ниски нива на шум. Това прави GaAs важен материал в микровълнови и милиметрови приложения.

· Приложение на GaAs в оптоелектрониката и високочестотните електронни устройства:

Поради своята директна ширина на лентата, GaAs се използва широко и в оптоелектронни устройства. Например GaAs материалите се използват широко в производството на светодиоди и лазери. В допълнение, високата подвижност на електроните на GaAs го прави добър в радиочестотни усилватели, микровълнови устройства и сателитно комуникационно оборудване.

Субстрат от силициев карбид (SiC).

· Топлопроводимост и висока мощност на SiC:

Силициевият карбид е широкозонов полупроводник с отлична топлопроводимост и силно пробивно електрическо поле. Тези свойства правят SiC много подходящ за приложения с висока мощност и висока температура. SiC устройствата могат да работят стабилно при напрежения и температури няколко пъти по-високи от силициевите устройства.

· Предимства на SiC в силови електронни устройства:

SiC субстратите показват значителни предимства в силови електронни устройства, като по-ниски загуби при превключване и по-висока ефективност. Това прави SiC все по-популярен в приложения за преобразуване на висока мощност като електрически превозни средства, вятърни и слънчеви инвертори. В допълнение, SiC се използва широко в космическото и промишлено управление поради устойчивостта си на висока температура.

Субстрат от галиев нитрид (GaN).

· Висока подвижност на електрони и оптични свойства на GaN:

Галиевият нитрид е друг широкозонов полупроводник с изключително висока подвижност на електрони и силни оптични свойства. Високата мобилност на електроните на GaN го прави много ефективен при приложения с висока честота и висока мощност. В същото време GaN може да излъчва светлина в ултравиолетовия до видимия диапазон, подходящ за различни оптоелектронни устройства.

· Приложение на GaN в силови и оптоелектронни устройства:

В областта на силовата електроника GaN устройствата се отличават с импулсни захранвания и радиочестотни усилватели поради силното си пробивно електрическо поле и ниското съпротивление при включване. В същото време GaN също играе важна роля в оптоелектронните устройства, особено в производството на светодиоди и лазерни диоди, насърчавайки напредъка на технологиите за осветление и дисплей.

· Потенциал на нововъзникващи материали в полупроводниците:

С развитието на науката и технологиите нововъзникващите полупроводникови материали като галиев оксид (Ga2O3) и диамант показаха голям потенциал. Галиевият оксид има ултраширока забранена лента (4,9 eV) и е много подходящ за електронни устройства с висока мощност, докато диамантът се счита за идеален материал за следващото поколение приложения с висока мощност и висока честота поради отличната си термична ефективност проводимост и изключително висока подвижност на носителите. Очаква се тези нови материали да играят важна роля в бъдещите електронни и оптоелектронни устройства.

03. Процес на производство на вафла

3.1 Технология на отглеждане на субстратни пластини

3.1.1 Метод на Чохралски (CZ метод)

Методът на Чохралски е най-често използваният метод за производство на монокристални силициеви пластини. Това се прави чрез потапяне на зародишен кристал в разтопен силиций и след това бавно издърпване навън, така че разтопеният силиций кристализира върху зародишния кристал и да прерасне в единичен кристал. Този метод може да произведе голям, висококачествен монокристален силиций, който е много подходящ за производството на големи интегрални схеми.

3.1.2 Метод на Бриджман

Методът на Бриджман обикновено се използва за отглеждане на съставни полупроводници, като галиев арсенид. При този метод суровините се нагряват до разтопено състояние в тигел и след това бавно се охлаждат, за да се образува единичен кристал. Методът на Бриджман може да контролира скоростта на растеж и посоката на кристала и е подходящ за производството на сложни съставни полупроводници.

3.1.3 Епитаксия с молекулярни лъчи (MBE)

Молекулярно-лъчева епитаксия е технология, използвана за отглеждане на ултратънки полупроводникови слоеве върху субстрати. Той образува висококачествени кристални слоеве чрез прецизно контролиране на молекулярните лъчи от различни елементи в среда със свръхвисок вакуум и отлагането им слой по слой върху субстрата. Технологията MBE е особено подходяща за производството на високопрецизни квантови точки и ултратънки хетеропреходни структури.

3.1.4 Химично отлагане на пари (CVD)

Химичното отлагане на пари е технология за отлагане на тънък слой, широко използвана в производството на полупроводници и други високоефективни материали. CVD разлага газообразните прекурсори и ги отлага върху повърхността на субстрата, за да образува твърд филм. CVD технологията може да произвежда филми с високо контролирана дебелина и състав, което е много подходящо за производството на сложни устройства.

3.2 Рязане и полиране на вафли

3.2.1 Технология за рязане на силиконова пластина

След като растежът на кристала приключи, големият кристал ще бъде нарязан на тънки резени, за да стане на вафли. Рязането на силиконова пластина обикновено използва диамантени остриета или технология за телени триони, за да се гарантира точността на рязане и да се намалят загубите на материал. Процесът на рязане трябва да бъде прецизно контролиран, за да се гарантира, че дебелината и плоскостта на повърхността на пластината отговарят на изискванията.

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

VeTek Semiconductor е професионален китайски производител на4° извън оста p-тип SiC пластина, 4H N тип SiC субстрат, и4H полуизолиращ тип SiC субстрат.  VeTek Semiconductor се ангажира да предоставя модерни решения за различниSiC вафлапродукти за полупроводниковата индустрия. 

Ако се интересувате отПолупроводникова подложкаs, моля не се колебайте да се свържете директно с нас.

Моб.: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Имейл: anny@veteksemi.com