Płytka podłoża półprzewodnikowego: Właściwości materiałowe krzemu, GaAs, SiC i GaN

01. Podstawypłytka podłoża półprzewodnikowego

1.1 Definicja podłoża półprzewodnikowego

Podłoże półprzewodnikowe odnosi się do podstawowego materiału stosowanego do produkcji urządzeń półprzewodnikowych, zwykle materiałów monokrystalicznych lub polikrystalicznych wytwarzanych w technologii wysoko oczyszczonego wzrostu kryształów. Płytki podłoża to zazwyczaj cienkie i solidne struktury arkuszowe, na których produkowane są różne urządzenia i obwody półprzewodnikowe. Czystość i jakość podłoża bezpośrednio wpływają na wydajność i niezawodność końcowego urządzenia półprzewodnikowego.

1.2 Rola i zakres zastosowań płytek substratowych

Płytki substratowe odgrywają kluczową rolę w procesie produkcji półprzewodników. Będąc podstawą urządzeń i obwodów, płytki podłoża nie tylko wspierają konstrukcję całego urządzenia, ale także zapewniają niezbędne wsparcie w aspektach elektrycznych, termicznych i mechanicznych. Jego główne funkcje obejmują:

Wsparcie mechaniczne: Zapewnij stabilny fundament konstrukcyjny wspierający kolejne etapy produkcji.

Zarządzanie ciepłem: Pomóż rozproszyć ciepło, aby zapobiec wpływowi przegrzania na wydajność urządzenia.

Charakterystyka elektryczna: Wpływa na właściwości elektryczne urządzenia, takie jak przewodność, ruchliwość nośnika itp.

Jeśli chodzi o obszary zastosowań, płytki podłoża są szeroko stosowane w:

Urządzenia mikroelektroniczne: takie jak układy scalone (IC), mikroprocesory itp.

Urządzenia optoelektroniczne: takie jak diody LED, lasery, fotodetektory itp.

Urządzenia elektroniczne wysokiej częstotliwości: takie jak wzmacniacze RF, urządzenia mikrofalowe itp.

Urządzenia energoelektroniczne: takie jak konwertery mocy, falowniki itp.

02. Materiały półprzewodnikowe i ich właściwości

Podłoże krzemowe (Si).

· Różnica pomiędzy krzemem monokrystalicznym a krzemem polikrystalicznym:

Krzem jest najczęściej stosowanym materiałem półprzewodnikowym, głównie w postaci krzemu monokrystalicznego i krzemu polikrystalicznego. Krzem monokrystaliczny składa się z ciągłej struktury krystalicznej, o wysokiej czystości i pozbawionych defektów właściwościach, co doskonale nadaje się do wysokowydajnych urządzeń elektronicznych. Krzem polikrystaliczny składa się z wielu ziaren, a pomiędzy ziarnami istnieją granice ziaren. Chociaż koszt produkcji jest niski, parametry elektryczne są słabe, dlatego zwykle stosuje się go w niektórych scenariuszach zastosowań o niskiej wydajności lub na dużą skalę, takich jak ogniwa słoneczne.

·Właściwości elektroniczne i zalety podłoża krzemowego:

Podłoże krzemowe ma dobre właściwości elektroniczne, takie jak wysoka ruchliwość nośnika i umiarkowana przerwa energetyczna (1,1 eV), co czyni krzem idealnym materiałem do produkcji większości urządzeń półprzewodnikowych.

Ponadto podłoża silikonowe mają następujące zalety:

Wysoka czystość: Dzięki zaawansowanym technikom oczyszczania i wzrostu można uzyskać monokrystaliczny krzem o bardzo wysokiej czystości.

Opłacalność: W porównaniu z innymi materiałami półprzewodnikowymi krzem charakteryzuje się niskim kosztem i dojrzałym procesem produkcyjnym.

Tworzenie się tlenku: Krzem może naturalnie tworzyć warstwę dwutlenku krzemu (SiO2), która może służyć jako dobra warstwa izolacyjna podczas produkcji urządzeń.

Podłoże z arsenku galu (GaAs).

· Charakterystyka wysokoczęstotliwościowa GaAs:

Arsenek galu to złożony półprzewodnik, który szczególnie nadaje się do urządzeń elektronicznych o wysokiej częstotliwości i szybkich ze względu na wysoką ruchliwość elektronów i szerokie pasmo wzbronione. Urządzenia GaAs mogą pracować na wyższych częstotliwościach z wyższą wydajnością i niższym poziomem hałasu. To sprawia, że ​​GaAs jest ważnym materiałem w zastosowaniach mikrofalowych i fal milimetrowych.

· Zastosowanie GaAs w optoelektronice i urządzeniach elektronicznych wysokiej częstotliwości:

Ze względu na bezpośrednie pasmo wzbronione GaAs jest również szeroko stosowany w urządzeniach optoelektronicznych. Na przykład materiały GaAs są szeroko stosowane w produkcji diod LED i laserów. Ponadto wysoka ruchliwość elektronów GaA sprawia, że ​​dobrze sprawdza się we wzmacniaczach RF, urządzeniach mikrofalowych i sprzęcie komunikacji satelitarnej.

Podłoże z węglika krzemu (SiC).

· Przewodność cieplna i właściwości wysokoenergetyczne SiC:

Węglik krzemu jest półprzewodnikiem o szerokim paśmie wzbronionym, charakteryzującym się doskonałą przewodnością cieplną i polem elektrycznym o wysokim przebiciu. Te właściwości sprawiają, że SiC doskonale nadaje się do zastosowań wymagających dużej mocy i wysokich temperatur. Urządzenia SiC mogą pracować stabilnie przy napięciach i temperaturach kilkukrotnie wyższych niż urządzenia krzemowe.

· Zalety SiC w urządzeniach energoelektronicznych:

Podłoża SiC wykazują znaczące zalety w urządzeniach energoelektronicznych, takie jak niższe straty przełączania i wyższa wydajność. To sprawia, że ​​SiC staje się coraz bardziej popularny w zastosowaniach konwersji dużej mocy, takich jak pojazdy elektryczne, falowniki wiatrowe i słoneczne. Ponadto SiC jest szeroko stosowany w lotnictwie i sterowaniu przemysłowym ze względu na jego odporność na wysoką temperaturę.

Podłoże z azotku galu (GaN).

· Wysoka ruchliwość elektronów i właściwości optyczne GaN:

Azotek galu to kolejny półprzewodnik o szerokim paśmie wzbronionym, charakteryzujący się wyjątkowo wysoką ruchliwością elektronów i silnymi właściwościami optycznymi. Wysoka ruchliwość elektronów GaN sprawia, że ​​jest on bardzo wydajny w zastosowaniach wymagających wysokich częstotliwości i dużej mocy. Jednocześnie GaN może emitować światło w zakresie ultrafioletu do zakresu widzialnego, odpowiednie dla różnych urządzeń optoelektronicznych.

· Zastosowanie GaN w urządzeniach energetycznych i optoelektronicznych:

W dziedzinie energoelektroniki urządzenia GaN przodują w zasilaczach impulsowych i wzmacniaczach RF ze względu na wysokie pole elektryczne przebicia i niską rezystancję włączenia. Jednocześnie GaN odgrywa również ważną rolę w urządzeniach optoelektronicznych, zwłaszcza w produkcji diod LED i diod laserowych, przyczyniając się do rozwoju technologii oświetleniowych i wyświetlaczy.

· Potencjał nowych materiałów w półprzewodnikach:

Wraz z rozwojem nauki i technologii pojawiające się materiały półprzewodnikowe, takie jak tlenek galu (Ga2O3) i diament, wykazały ogromny potencjał. Tlenek galu ma bardzo szerokie pasmo wzbronione (4,9 eV) i doskonale nadaje się do urządzeń elektronicznych dużej mocy, podczas gdy diament jest uważany za idealny materiał do następnej generacji zastosowań o dużej mocy i wysokiej częstotliwości ze względu na doskonałe właściwości termiczne przewodność i niezwykle wysoką ruchliwość nośników. Oczekuje się, że te nowe materiały odegrają ważną rolę w przyszłych urządzeniach elektronicznych i optoelektronicznych.

03. Proces produkcji płytek

3.1 Technologia wzrostu wafli substratowych

3.1.1 Metoda Czochralskiego (metoda CZ)

Metoda Czochralskiego jest najpowszechniej stosowaną metodą wytwarzania monokrystalicznych płytek krzemowych. Odbywa się to poprzez zanurzenie kryształu zaszczepiającego w roztopionym krzemie, a następnie powolne wyciągnięcie go, tak aby stopiony krzem krystalizował na krysztale zaszczepiającym i urósł do postaci monokryształu. Metodą tą można wytwarzać krzem monokrystaliczny o dużych rozmiarach i wysokiej jakości, który doskonale nadaje się do produkcji układów scalonych na dużą skalę.

3.1.2 Metoda Bridgmana

Metoda Bridgmana jest powszechnie stosowana do hodowli złożonych półprzewodników, takich jak arsenek galu. W tej metodzie surowce podgrzewa się do stanu stopionego w tyglu, a następnie powoli schładza, tworząc monokryształ. Metoda Bridgmana może kontrolować szybkość wzrostu i kierunek kryształu i jest odpowiednia do produkcji złożonych półprzewodników złożonych.

3.1.3 Epitaksja z wiązek molekularnych (MBE)

Epitaksja z wiązek molekularnych to technologia stosowana do hodowli ultracienkich warstw półprzewodników na podłożach. Tworzy wysokiej jakości warstwy kryształów poprzez precyzyjne kontrolowanie wiązek molekularnych różnych pierwiastków w środowisku o bardzo wysokiej próżni i osadzanie ich warstwa po warstwie na podłożu. Technologia MBE szczególnie nadaje się do wytwarzania precyzyjnych kropek kwantowych i ultracienkich struktur heterozłączowych.

3.1.4 Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej to technologia osadzania cienkowarstwowego szeroko stosowana w produkcji półprzewodników i innych materiałów o wysokiej wydajności. CVD rozkłada prekursory gazowe i osadza je na powierzchni podłoża, tworząc stałą warstwę. Technologia CVD umożliwia wytwarzanie folii o ściśle kontrolowanej grubości i składzie, co doskonale nadaje się do produkcji skomplikowanych urządzeń.

3.2 Cięcie i polerowanie płytek

3.2.1 Technologia cięcia płytek krzemowych

Po zakończeniu wzrostu kryształów duży kryształ zostanie pocięty na cienkie plasterki, aby stać się waflami. Do cięcia płytek krzemowych zwykle wykorzystuje się tarcze diamentowe lub technologię pił drutowych, aby zapewnić dokładność cięcia i zmniejszyć straty materiału. Proces cięcia wymaga precyzyjnej kontroli, aby grubość i płaskość powierzchni płytki spełniały wymagania.

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

VeTek Semiconductor to profesjonalny chiński producentPłytka SiC typu p odchylona o 4° od osi, Podłoże SiC typu 4H N, IPodłoże półizolacyjne typu 4H SiC.  Firma VeTek Semiconductor angażuje się w dostarczanie zaawansowanych rozwiązań dla różnych zastosowańWafel SiCprodukty dla przemysłu półprzewodników. 

Jeśli jesteś zainteresowanyPłytka podłoża półprzewodnikowegos, prosimy o bezpośredni kontakt z nami.

Tłum: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com