Semiconductor substrat wafer: Materialeegenskaber af silicium, GaAs, SiC og GaN

01. Grundlæggende omhalvleder substrat wafer

1.1 Definition af halvledersubstrat

Halvledersubstrat refererer til det grundlæggende materiale, der anvendes til fremstilling af halvlederenheder, sædvanligvis enkeltkrystallinske eller polykrystallinske materialer fremstillet af højt oprenset og krystalvækstteknologi. Substratwafers er normalt tynde og solide pladestrukturer, hvorpå forskellige halvlederenheder og kredsløb er fremstillet. Substratets renhed og kvalitet påvirker direkte ydeevnen og pålideligheden af ​​den endelige halvlederenhed.

1.2 Substratwafers rolle og anvendelsesområde

Substratwafers spiller en afgørende rolle i halvlederfremstillingsprocessen. Som grundlag for enheder og kredsløb understøtter substratwafere ikke kun strukturen af ​​hele enheden, men giver også nødvendig støtte i elektriske, termiske og mekaniske aspekter. Dens hovedfunktioner omfatter:

Mekanisk støtte: Giv et stabilt strukturelt fundament til at understøtte efterfølgende fremstillingstrin.

Termisk styring: Hjælp med at sprede varme for at forhindre overophedning i at påvirke enhedens ydeevne.

Elektriske egenskaber: Påvirker enhedens elektriske egenskaber, såsom ledningsevne, transportørmobilitet osv.

Med hensyn til anvendelsesområder er substratwafere meget udbredt i:

Mikroelektroniske enheder: såsom integrerede kredsløb (IC'er), mikroprocessorer osv.

Optoelektroniske enheder: såsom LED'er, lasere, fotodetektorer osv.

Højfrekvente elektroniske enheder: såsom RF-forstærkere, mikrobølgeenheder osv.

Power elektroniske enheder: såsom strømomformere, invertere osv.

02. Halvledermaterialer og deres egenskaber

Silicium (Si) substrat

· Forskellen mellem enkeltkrystal silicium og polykrystallinsk silicium:

Silicium er det mest almindeligt anvendte halvledermateriale, hovedsageligt i form af enkeltkrystal silicium og polykrystallinsk silicium. Enkeltkrystal silicium er sammensat af en kontinuerlig krystalstruktur med høj renhed og fejlfrie egenskaber, som er meget velegnet til højtydende elektroniske enheder. Polykrystallinsk silicium er sammensat af flere korn, og der er korngrænser mellem kornene. Selvom fremstillingsomkostningerne er lave, er den elektriske ydeevne dårlig, så den bruges normalt i nogle lavtydende eller storskala applikationsscenarier, såsom solceller.

·Elektroniske egenskaber og fordele ved siliciumsubstrat:

Siliciumsubstrat har gode elektroniske egenskaber, såsom høj bærermobilitet og moderat energigab (1,1 eV), hvilket gør silicium til et ideelt materiale til fremstilling af de fleste halvlederenheder.

Derudover har siliciumsubstrater følgende fordele:

Høj renhed: Gennem avancerede oprensnings- og vækstteknikker kan man opnå en enkelt krystal silicium med meget høj renhed.

Omkostningseffektivitet: Sammenlignet med andre halvledermaterialer har silicium en lav pris og en moden fremstillingsproces.

Oxiddannelse: Silicium kan naturligt danne et lag af siliciumdioxid (SiO2), som kan tjene som et godt isolerende lag i apparatfremstilling.

Galliumarsenid (GaAs) substrat

· Højfrekvente karakteristika for GaAs:

Galliumarsenid er en sammensat halvleder, der er særligt velegnet til højfrekvente og højhastigheds elektroniske enheder på grund af dens høje elektronmobilitet og brede båndgab. GaAs-enheder kan fungere ved højere frekvenser med højere effektivitet og lavere støjniveauer. Dette gør GaAs til et vigtigt materiale i mikrobølge- og millimeterbølgeapplikationer.

· Anvendelse af GaAs i optoelektronik og højfrekvente elektroniske enheder:

På grund af dets direkte båndgab er GaAs også meget brugt i optoelektroniske enheder. For eksempel er GaAs-materialer meget brugt til fremstilling af LED'er og lasere. Derudover gør den høje elektronmobilitet af GaAs det godt i RF-forstærkere, mikrobølgeenheder og satellitkommunikationsudstyr.

Siliciumcarbid (SiC) substrat

· Termisk ledningsevne og højeffektegenskaber af SiC:

Siliciumcarbid er en halvleder med bred båndgab med fremragende termisk ledningsevne og høj elektrisk nedbrydningsfelt. Disse egenskaber gør SiC meget velegnet til anvendelser med høj effekt og høje temperaturer. SiC-enheder kan fungere stabilt ved spændinger og temperaturer flere gange højere end silicium-enheder.

· Fordele ved SiC i kraftelektroniske enheder:

SiC-substrater viser betydelige fordele i kraftelektroniske enheder, såsom lavere koblingstab og højere effektivitet. Dette gør SiC mere og mere populær i højeffektkonverteringsapplikationer såsom elektriske køretøjer, vind- og solinvertere. Derudover er SiC meget brugt i rumfart og industriel kontrol på grund af dets høje temperaturbestandighed.

Galliumnitrid (GaN) substrat

· Høj elektronmobilitet og optiske egenskaber af GaN:

Galliumnitrid er en anden halvleder med bred båndgab med ekstrem høj elektronmobilitet og stærke optiske egenskaber. GaNs høje elektronmobilitet gør det meget effektivt i højfrekvente og højeffektapplikationer. Samtidig kan GaN udsende lys i det ultraviolette til synlige område, velegnet til en række optoelektroniske enheder.

· Anvendelse af GaN i strøm og optoelektroniske enheder:

Inden for kraftelektronik udmærker GaN-enheder sig i at skifte strømforsyninger og RF-forstærkere på grund af deres høje elektriske nedbrydningsfelt og lave modstandsdygtighed. Samtidig spiller GaN også en vigtig rolle i optoelektroniske enheder, især i fremstillingen af ​​LED'er og laserdioder, hvilket fremmer udviklingen af ​​belysnings- og displayteknologier.

· Potentialet for nye materialer i halvledere:

Med udviklingen af ​​videnskab og teknologi har nye halvledermaterialer som galliumoxid (Ga2O3) og diamant vist et stort potentiale. Galliumoxid har et ultrabredt båndgab (4,9 eV) og er meget velegnet til elektroniske enheder med høj effekt, mens diamant anses for at være et ideelt materiale til næste generation af højeffekt- og højfrekvente applikationer på grund af dets fremragende termiske ledningsevne og ekstrem høj bærermobilitet. Disse nye materialer forventes at spille en vigtig rolle i fremtidige elektroniske og optoelektroniske enheder.

03. Fremstillingsproces for wafer

3.1 Vækstteknologi for substratwafere

3.1.1 Czochralski-metoden (CZ-metoden)

Czochralski-metoden er den mest anvendte metode til fremstilling af enkeltkrystal siliciumwafers. Det gøres ved at dyppe en frøkrystal ned i smeltet silicium og derefter langsomt trække det ud, så det smeltede silicium krystalliserer på frøkrystallen og vokser til en enkelt krystal. Denne metode kan producere en-krystal silicium af høj kvalitet i stor størrelse, som er meget velegnet til fremstilling af integrerede kredsløb i stor skala.

3.1.2 Bridgman-metoden

Bridgman-metoden bruges almindeligvis til at dyrke sammensatte halvledere, såsom galliumarsenid. I denne metode opvarmes råmaterialerne til en smeltet tilstand i en digel og afkøles derefter langsomt for at danne en enkelt krystal. Bridgman-metoden kan styre væksthastigheden og retningen af ​​krystallen og er velegnet til fremstilling af komplekse sammensatte halvledere.

3.1.3 Molekylær stråleepitaksi (MBE)

Molekylær stråleepitaxi er en teknologi, der bruges til at dyrke ultratynde halvlederlag på substrater. Det danner højkvalitets krystallag ved præcist at kontrollere molekylære stråler af forskellige elementer i et miljø med ultrahøjt vakuum og afsætte dem lag for lag på underlaget. MBE-teknologi er særligt velegnet til fremstilling af højpræcisions kvanteprikker og ultratynde heterojunction-strukturer.

3.1.4 Kemisk dampaflejring (CVD)

Kemisk dampaflejring er en tyndfilmsdepositionsteknologi, der er meget udbredt til fremstilling af halvledere og andre højtydende materialer. CVD nedbryder gasformige forstadier og afsætter dem på substratoverfladen for at danne en fast film. CVD-teknologi kan producere film med meget kontrolleret tykkelse og sammensætning, hvilket er meget velegnet til fremstilling af komplekse enheder.

3.2 Waferskæring og -polering

3.2.1 Silicium wafer skæreteknologi

Efter krystalvæksten er afsluttet, vil den store krystal blive skåret i tynde skiver for at blive til wafers. Siliciumwaferskæring bruger normalt diamantsavklinger eller trådsavteknologi for at sikre skærenøjagtigheden og reducere materialetab. Skæreprocessen skal kontrolleres præcist for at sikre, at tykkelsen og overfladen af ​​skiven opfylder kravene.

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

VeTek Semiconductor er en professionel kinesisk producent af4° off akse p-type SiC Wafer, 4H N type SiC substrat, og4H Halvisolerende type SiC Substrat.  VeTek Semiconductor er forpligtet til at levere avancerede løsninger til forskelligeSiC Waferprodukter til halvlederindustrien. 

Hvis du er interesseret iHalvleder substrat wafers, er du velkommen til at kontakte os direkte.

Mobiltelefon: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com