Semiconductor substrat wafer: Materialegenskaper til silisium, GaAs, SiC og GaN

01. Grunnleggende omhalvleder substrat wafer

1.1 Definisjon av halvledersubstrat

Halvledersubstrat refererer til det grunnleggende materialet som brukes i produksjonen av halvlederenheter, vanligvis enkeltkrystall- eller polykrystallinske materialer laget av høyrenset og krystallvekstteknologi. Substratskiver er vanligvis tynne og solide arkstrukturer, som forskjellige halvlederenheter og kretser er produsert på. Renheten og kvaliteten på underlaget påvirker direkte ytelsen og påliteligheten til den endelige halvlederenheten.

1.2 Rollen og bruksområdet til substratwafere

Substratskiver spiller en viktig rolle i halvlederproduksjonsprosessen. Som grunnlag for enheter og kretser støtter substratskiver ikke bare strukturen til hele enheten, men gir også nødvendig støtte i elektriske, termiske og mekaniske aspekter. Hovedfunksjonene inkluderer:

Mekanisk støtte: Gi et stabilt strukturelt fundament for å støtte påfølgende produksjonstrinn.

Termisk styring: Bidra til å spre varmen for å forhindre at overoppheting påvirker enhetens ytelse.

Elektriske egenskaper: Påvirker de elektriske egenskapene til enheten, for eksempel ledningsevne, bærermobilitet osv.

Når det gjelder bruksområder, er substratwafere mye brukt i:

Mikroelektroniske enheter: slik som integrerte kretser (IC), mikroprosessorer, etc.

Optoelektroniske enheter: slik som lysdioder, lasere, fotodetektorer, etc.

Høyfrekvente elektroniske enheter: slik som RF-forsterkere, mikrobølgeenheter, etc.

Strøm elektroniske enheter: for eksempel strømomformere, omformere osv.

02. Halvledermaterialer og deres egenskaper

Silisium (Si) substrat

· Forskjellen mellom enkeltkrystall silisium og polykrystallinsk silisium:

Silisium er det mest brukte halvledermaterialet, hovedsakelig i form av enkrystall silisium og polykrystallinsk silisium. Enkeltkrystall silisium er sammensatt av en kontinuerlig krystallstruktur, med høy renhet og feilfrie egenskaper, som er svært egnet for høyytelses elektroniske enheter. Polykrystallinsk silisium er sammensatt av flere korn, og det er korngrenser mellom kornene. Selv om produksjonskostnadene er lave, er den elektriske ytelsen dårlig, så den brukes vanligvis i noen lavytelses- eller storskala applikasjonsscenarier, for eksempel solceller.

·Elektroniske egenskaper og fordeler med silisiumsubstrat:

Silisiumsubstrat har gode elektroniske egenskaper, som høy bærermobilitet og moderat energigap (1,1 eV), noe som gjør silisium til et ideelt materiale for produksjon av de fleste halvlederenheter.

I tillegg har silisiumsubstrater følgende fordeler:

Høy renhet: Gjennom avanserte rense- og vekstteknikker kan man oppnå en krystall silisium med svært høy renhet.

Kostnadseffektivitet: Sammenlignet med andre halvledermaterialer har silisium en lav kostnad og en moden produksjonsprosess.

Oksyddannelse: Silisium kan naturlig danne et lag av silisiumdioksid (SiO2), som kan tjene som et godt isolerende lag i produksjon av enheter.

Galliumarsenid (GaAs) substrat

· Høyfrekvente egenskaper til GaAs:

Galliumarsenid er en sammensatt halvleder som er spesielt egnet for høyfrekvente og høyhastighets elektroniske enheter på grunn av sin høye elektronmobilitet og brede båndgap. GaAs-enheter kan operere ved høyere frekvenser med høyere effektivitet og lavere støynivå. Dette gjør GaAs til et viktig materiale i mikrobølge- og millimeterbølgeapplikasjoner.

· Anvendelse av GaAs i optoelektronikk og høyfrekvente elektroniske enheter:

På grunn av dets direkte båndgap, er GaAs også mye brukt i optoelektroniske enheter. For eksempel er GaAs-materialer mye brukt i produksjon av lysdioder og lasere. I tillegg gjør den høye elektronmobiliteten til GaAs at den fungerer godt i RF-forsterkere, mikrobølgeenheter og satellittkommunikasjonsutstyr.

Silisiumkarbid (SiC) substrat

· Termisk ledningsevne og høyeffektegenskaper til SiC:

Silisiumkarbid er en halvleder med bred båndgap med utmerket termisk ledningsevne og høyt nedbrytnings elektrisk felt. Disse egenskapene gjør SiC svært egnet for bruk med høy effekt og høy temperatur. SiC-enheter kan fungere stabilt ved spenninger og temperaturer flere ganger høyere enn silisiumenheter.

· Fordeler med SiC i kraftelektroniske enheter:

SiC-substrater viser betydelige fordeler i kraftelektroniske enheter, som lavere svitsjetap og høyere effektivitet. Dette gjør SiC stadig mer populær i høyeffektkonverteringsapplikasjoner som elektriske kjøretøy, vind- og solvekselrettere. I tillegg er SiC mye brukt i romfart og industriell kontroll på grunn av sin høye temperaturmotstand.

Galliumnitrid (GaN) substrat

· Høy elektronmobilitet og optiske egenskaper til GaN:

Galliumnitrid er en annen halvleder med bred båndgap med ekstremt høy elektronmobilitet og sterke optiske egenskaper. Den høye elektronmobiliteten til GaN gjør den svært effektiv i høyfrekvente og høyeffektapplikasjoner. Samtidig kan GaN sende ut lys i det ultrafiolette til synlige området, egnet for en rekke optoelektroniske enheter.

· Anvendelse av GaN i kraft og optoelektroniske enheter:

Innen kraftelektronikk utmerker GaN-enheter seg ved å bytte strømforsyninger og RF-forsterkere på grunn av deres høye elektriske sammenbrudd og lave på-motstand. Samtidig spiller GaN også en viktig rolle i optoelektroniske enheter, spesielt i produksjonen av lysdioder og laserdioder, og fremmer utviklingen av lys- og skjermteknologier.

· Potensial for nye materialer i halvledere:

Med utviklingen av vitenskap og teknologi har fremvoksende halvledermaterialer som galliumoksid (Ga2O3) og diamant vist stort potensial. Galliumoksyd har et ultrabredt båndgap (4,9 eV) og er veldig egnet for elektroniske enheter med høy effekt, mens diamant anses å være et ideelt materiale for neste generasjon av høyeffekt- og høyfrekvente applikasjoner på grunn av sin utmerkede termiske ledningsevne og ekstremt høy bærermobilitet. Disse nye materialene forventes å spille en viktig rolle i fremtidige elektroniske og optoelektroniske enheter.

03. Produksjonsprosess for wafer

3.1 Vekstteknologi for substratskiver

3.1.1 Czochralski-metoden (CZ-metoden)

Czochralski-metoden er den mest brukte metoden for fremstilling av enkrystall silisiumskiver. Det gjøres ved å dyppe en frøkrystall ned i smeltet silisium og deretter sakte trekke den ut, slik at det smeltede silisiumet krystalliserer på frøkrystallen og vokser til en enkelt krystall. Denne metoden kan produsere en-krystall silisium av høy kvalitet i stor størrelse, som er svært egnet for produksjon av storskala integrerte kretser.

3.1.2 Bridgman-metoden

Bridgman-metoden brukes ofte til å dyrke sammensatte halvledere, for eksempel galliumarsenid. I denne metoden blir råvarene varmet opp til en smeltet tilstand i en digel og deretter sakte avkjølt for å danne en enkelt krystall. Bridgman-metoden kan kontrollere veksthastigheten og retningen til krystallen og er egnet for produksjon av komplekse sammensatte halvledere.

3.1.3 Molekylær stråleepitaksi (MBE)

Molekylær stråleepitaxi er en teknologi som brukes til å dyrke ultratynne halvlederlag på underlag. Den danner krystalllag av høy kvalitet ved nøyaktig å kontrollere molekylstråler av forskjellige elementer i et miljø med ultrahøyt vakuum og avsette dem lag for lag på underlaget. MBE-teknologi er spesielt egnet for fremstilling av kvanteprikker med høy presisjon og ultratynne heterojunction-strukturer.

3.1.4 Kjemisk dampavsetning (CVD)

Kjemisk dampavsetning er en tynnfilmavsetningsteknologi som er mye brukt i produksjon av halvledere og andre høyytelsesmaterialer. CVD dekomponerer gassformige forløpere og avsetter dem på substratoverflaten for å danne en solid film. CVD-teknologi kan produsere filmer med svært kontrollert tykkelse og sammensetning, som er svært egnet for fremstilling av komplekse enheter.

3.2 Waferkutting og polering

3.2.1 Silisiumwafer-skjæreteknologi

Etter at krystallveksten er fullført, vil den store krystallen kuttes i tynne skiver for å bli oblater. Silisiumskjæring bruker vanligvis diamantsagblad eller trådsagteknologi for å sikre skjærenøyaktigheten og redusere materialtap. Kutteprosessen må kontrolleres nøyaktig for å sikre at tykkelsen og flatheten til skiven oppfyller kravene.

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

VeTek Semiconductor er en profesjonell kinesisk produsent av4° av aksen p-type SiC Wafer, 4H N type SiC substrat, og4H Halvisolerende type SiC Substrat.  VeTek Semiconductor er forpliktet til å tilby avanserte løsninger for ulikeSiC Waferprodukter for halvlederindustrien. 

Hvis du er interessert iHalvleder substrat wafers, ta gjerne kontakt med oss ​​direkte.

Mobiltelefon: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-post: anny@veteksemi.com