Pooljuhtsubstraadi vahvel: räni, GaAs, SiC ja GaN materjali omadused

01. Põhitõedpooljuhtsubstraadi vahvel

1.1 Pooljuhtsubstraadi määratlus

Pooljuhtsubstraat viitab põhimaterjalile, mida kasutatakse pooljuhtseadmete valmistamisel, tavaliselt monokristall- või polükristallmaterjalid, mis on valmistatud kõrge puhtusega ja kristallide kasvatamise tehnoloogiaga. Alusplaadid on tavaliselt õhukesed ja tugevad lehtstruktuurid, millele valmistatakse erinevaid pooljuhtseadmeid ja ahelaid. Substraadi puhtus ja kvaliteet mõjutavad otseselt lõpliku pooljuhtseadme jõudlust ja töökindlust.

1.2 Substraatplaatide roll ja kasutusvaldkond

Substraadivahvlid mängivad pooljuhtide tootmisprotsessis üliolulist rolli. Seadmete ja vooluahelate alusena ei toeta substraatplaadid mitte ainult kogu seadme struktuuri, vaid pakuvad ka vajalikku tuge elektrilistes, termilistes ja mehaanilistes aspektides. Selle peamised funktsioonid hõlmavad järgmist:

Mehaaniline tugi: looge stabiilne struktuurne vundament, mis toetab järgnevaid tootmisetappe.

Soojusjuhtimine: aitab soojust hajutada, et ülekuumenemine ei mõjutaks seadme jõudlust.

Elektrilised omadused: mõjutab seadme elektrilisi omadusi, nagu juhtivus, kandja liikuvus jne.

Kasutusvaldkondades kasutatakse substraatvahvleid laialdaselt:

Mikroelektroonilised seadmed: näiteks integraallülitused (IC-d), mikroprotsessorid jne.

Optoelektroonilised seadmed: näiteks LED-id, laserid, fotodetektorid jne.

Kõrgsageduslikud elektroonilised seadmed: näiteks RF-võimendid, mikrolaineseadmed jne.

Elektrilised seadmed: näiteks toitemuundurid, inverterid jne.

02. Pooljuhtmaterjalid ja nende omadused

Räni (Si) substraat

· Erinevus monokristallilise räni ja polükristallilise räni vahel:

Räni on kõige sagedamini kasutatav pooljuhtmaterjal, peamiselt monokristallilise räni ja polükristallilise räni kujul. Ühekristalliline räni koosneb pidevast kristallstruktuurist, millel on kõrge puhtusaste ja defektideta omadused, mis sobib väga hästi suure jõudlusega elektroonikaseadmete jaoks. Polükristalliline räni koosneb mitmest terast ja terade vahel on terapiirid. Kuigi tootmiskulud on madalad, on elektriline jõudlus kehv, mistõttu kasutatakse seda tavaliselt mõne madala jõudlusega või suuremahuliste rakenduste puhul, näiteks päikesepatareide puhul.

·Ränisubstraadi elektroonilised omadused ja eelised:

Ränisubstraadil on head elektroonilised omadused, nagu suur kandja liikuvus ja mõõdukas energiavahe (1,1 eV), mis muudavad räni ideaalseks materjaliks enamiku pooljuhtseadmete valmistamiseks.

Lisaks on ränisubstraatidel järgmised eelised:

Kõrge puhtusastmega: Täiustatud puhastus- ja kasvutehnikate abil on võimalik saada väga kõrge puhtusastmega monokristalli räni.

Kulutõhusus: Võrreldes teiste pooljuhtmaterjalidega on ränil madal hind ja küps tootmisprotsess.

Oksiidi moodustumine: Räni võib loomulikult moodustada ränidioksiidi (SiO2) kihi, mis võib olla seadme valmistamisel hea isolatsioonikiht.

Galliumarseniidi (GaAs) substraat

· GaAs kõrgsageduslikud omadused:

Galliumarseniid on liitpooljuht, mis oma suure elektronide liikuvuse ja laia ribalaiuse tõttu sobib eriti hästi kõrgsageduslike ja kiirete elektroonikaseadmete jaoks. GaAs-seadmed võivad töötada kõrgemal sagedusel suurema efektiivsuse ja madalama müratasemega. See muudab GaAs oluliseks materjaliks mikrolaine- ja millimeeterlainerakendustes.

· GaA-de kasutamine optoelektroonikas ja kõrgsageduslikes elektroonikaseadmetes:

Tänu oma otsesele ribalaiusele kasutatakse GaAs laialdaselt ka optoelektroonilistes seadmetes. Näiteks GaAs materjale kasutatakse laialdaselt LED-ide ja laserite valmistamisel. Lisaks muudab GaAs elektronide suur liikuvus selle hästi RF-võimendites, mikrolaineseadmetes ja satelliitsideseadmetes.

Ränikarbiidi (SiC) substraat

· SiC soojusjuhtivus ja suure võimsusega omadused:

Ränikarbiid on laia ribalaiusega pooljuht, millel on suurepärane soojusjuhtivus ja tugev elektriväli. Need omadused muudavad SiC väga sobivaks suure võimsusega ja kõrge temperatuuriga rakendustes. SiC-seadmed võivad stabiilselt töötada pingete ja temperatuuride juures, mis on mitu korda kõrgemad kui räniseadmed.

· SiC eelised jõuelektroonikaseadmetes:

SiC-substraatidel on energiaelektroonikaseadmetes olulisi eeliseid, nagu väiksemad lülituskaod ja suurem efektiivsus. See muudab SiC üha populaarsemaks suure võimsusega muundamise rakendustes, nagu elektrisõidukid, tuule- ja päikeseenergia inverterid. Lisaks kasutatakse ränidioksiidi laialdaselt lennunduses ja tööstuslikus juhtimises selle kõrge temperatuuritaluvuse tõttu.

Galliumnitriid (GaN) substraat

· GaN kõrge elektronide liikuvus ja optilised omadused:

Galliumnitriid on veel üks laia ribalaiusega pooljuht, millel on äärmiselt suur elektronide liikuvus ja tugevad optilised omadused. GaN-i suur elektronide liikuvus muudab selle väga tõhusaks kõrgsageduslike ja suure võimsusega rakendustes. Samal ajal võib GaN kiirata valgust ultraviolettkiirgusest nähtavale vahemikule, mis sobib mitmesuguste optoelektrooniliste seadmete jaoks.

· GaN-i kasutamine jõu- ja optoelektroonilistes seadmetes:

Jõuelektroonika valdkonnas paistavad GaN-seadmed silma lülitustoiteallikate ja RF-võimendite poolest tänu oma suurele läbilöögielektriväljale ja madalale sisselülitustakistusele. Samal ajal on GaN-il oluline roll ka optoelektroonilistes seadmetes, eriti LED-ide ja laserdioodide valmistamisel, edendades valgustus- ja kuvatehnoloogiate arengut.

· Pooljuhtides tekkivate materjalide potentsiaal:

Teaduse ja tehnoloogia arenguga on esile kerkivad pooljuhtmaterjalid nagu galliumoksiid (Ga2O3) ja teemant näidanud suurt potentsiaali. Galliumoksiidil on ülilai ribalaius (4,9 eV) ja see sobib väga hästi suure võimsusega elektroonikaseadmetele, samas kui teemanti peetakse ideaalseks materjaliks järgmise põlvkonna suure võimsusega ja kõrgsageduslike rakenduste jaoks selle suurepärase termilise toime tõttu. juhtivus ja äärmiselt kõrge kandja liikuvus. Eeldatakse, et need uued materjalid mängivad tulevastes elektroonilistes ja optoelektroonilistes seadmetes olulist rolli.

03. Vahvlite valmistamise protsess

3.1 Substraatvahvlite kasvatamise tehnoloogia

3.1.1 Czochralski meetod (CZ meetod)

Czochralski meetod on ühekristalliliste räniplaatide valmistamisel kõige sagedamini kasutatav meetod. Seda tehakse seemnekristalli sukeldamisega sularäni sisse ja seejärel aeglaselt välja tõmbamisega, nii et sularäni kristalliseerub idukristallil ja kasvab üksikkristalliks. Selle meetodiga saab toota suuremõõtmelist kvaliteetset ühekristallilist räni, mis sobib väga hästi suuremahuliste integraallülituste valmistamiseks.

3.1.2 Bridgmani meetod

Bridgmani meetodit kasutatakse tavaliselt liitpooljuhtide, näiteks galliumarseniidi kasvatamiseks. Selle meetodi puhul kuumutatakse toorained tiiglis sulaolekuni ja seejärel jahutatakse aeglaselt, et moodustada monokristall. Bridgmani meetod suudab kontrollida kristalli kasvukiirust ja suunda ning sobib keerukate liitpooljuhtide tootmiseks.

3.1.3 Molekulaarkiire epitaksia (MBE)

Molekulaarkiirepitaksia on tehnoloogia, mida kasutatakse üliõhukeste pooljuhtkihtide kasvatamiseks substraatidel. See moodustab kõrgekvaliteedilisi kristallikihte, juhtides täpselt ülikõrge vaakumkeskkonnas erinevate elementide molekulaarkiirte ja sadestades need kiht-kihilt aluspinnale. MBE tehnoloogia sobib eriti hästi ülitäpsete kvantpunktide ja üliõhukeste heteroühendusstruktuuride valmistamiseks.

3.1.4 Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD)

Keemiline aurustamine-sadestamine on õhukese kile sadestamise tehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt pooljuhtide ja muude suure jõudlusega materjalide valmistamisel. CVD lagundab gaasilised lähteained ja ladestab need substraadi pinnale, moodustades tahke kile. CVD-tehnoloogia abil saab toota väga kontrollitud paksuse ja koostisega kilesid, mis sobivad väga hästi keerukate seadmete valmistamiseks.

3.2 Vahvlite lõikamine ja poleerimine

3.2.1 Räniplaadi lõikamise tehnoloogia

Pärast kristallide kasvatamise lõppu lõigatakse suur kristall vahvliteks õhukesteks viiludeks. Räniplaadi lõikamisel kasutatakse tavaliselt teemantsaelehed või traatsae tehnoloogiat, et tagada lõikamise täpsus ja vähendada materjali kadu. Lõikamisprotsessi on vaja täpselt kontrollida, et vahvli paksus ja pinnatasasus vastaksid nõuetele.

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

VeTek Semiconductor on professionaalne Hiina tootja4° teljega p-tüüpi SiC vahvel, 4H N tüüpi SiC substraatja4H poolisolatsioonitüüpi SiC substraat.  VeTek Semiconductor on pühendunud täiustatud lahenduste pakkumisele erinevateleSiC vahveltooted pooljuhtide tööstusele. 

Kui olete huvitatudPooljuhtsubstraadi vahvels, võtke meiega otse ühendust.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-post: anny@veteksemi.com