Ярымүткәргеч җитештерү өчен төп чимал: Вафер субстратлары төрләре

Ярымүткәргеч җайланмаларда төп материал буларак вафер субстратлары

Вафер субстратлары - ярымүткәргеч җайланмаларның физик йөртүчеләре, һәм аларның материаль үзенчәлекләре җайланманың эшләвен, бәясен, куллану кырларын турыдан-туры билгели. Түбәндә вафер субстратларның төп төрләре, аларның өстенлекләре һәм кимчелекләре бар:

1.Кремний (Si)

• Базар өлеше:Глобаль ярымүткәргеч базарының 95% тан артыгы.

• Уңай яклары:

  • Арзан бәя:Мул чимал (кремний диоксиды), җитлеккән җитештерү процесслары, көчле икътисад.

  • Processгары процесс туры килүе:CMOS технологиясе бик җитлеккән, алдынгы төеннәргә ярдәм итә (мәсәлән, 3нм).

  • Искиткеч кристалл сыйфаты:Аз җитешсезлек тыгызлыгы булган зур диаметрлы ваферлар (нигездә 12 дюйм, 18 дюйм) үсеш ала.

  • Тотрыклы механик үзлекләр:Кисү, бизәү, эшкәртү җиңел.

• Кимчелекләр:

  • Тар тасма (1,12 eV):Powerгары температурада югары агып торган ток, электр җайланмасының эффективлыгын чикли.

  • Турыдан-туры тасма:Бик түбән яктылык чыгару эффективлыгы, LED һәм лазер кебек оптоэлектрон җайланмалар өчен яраксыз.

  • Чикләнгән электрон хәрәкәт:Кушма ярымүткәргечләр белән чагыштырганда түбән югары ешлыклы эш.
    

2.Галлиум Арсенид (GaAs)

• Кушымталар:Gгары ешлыктагы RF җайланмалары (5G / 6G), оптоэлектрон җайланмалар (лазерлар, кояш күзәнәкләре).

• Уңай яклары:

  • Electгары электрон хәрәкәтчәнлеге (5-6 × кремнийныкы):Миллиметр-дулкынлы элемтә кебек югары тизлекле, югары ешлыктагы кушымталар өчен яраклы.

  • Туры тасма (1,42 eV):Efficiencyгары эффектив фотоэлектрик конверсия, инфракызыл лазерлар һәм яктырткычлар нигезе.

  • Temperatureгары температура һәм нурланышка каршы тору:Аэрокосмос һәм кырыс мохит өчен яраклы.

• Кимчелекләр:

  • Costгары бәя:Сирәк материал, катлаулы кристалл үсеше (күчерелергә мөмкин), чикләнгән вафин зурлыгы (нигездә 6 дюйм).

  • Нечкә механика:Сынырга мөмкин, нәтиҗәдә эшкәртү аз.

  • Токсиклылык:Арсеник катгый эшкәртүне һәм әйләнә-тирә мохитне контрольдә тотуны таләп итә.

3. Кремний Карбид (SiC)

• Кушымталар:Temperatureгары температуралы һәм югары көчәнешле электр җайланмалары (ЕВ инвертерлары, зарядлау станцияләре), аэрокосмос.

• Уңай яклары:

  • Киң тасма (3.26 eV):Breakгары ватылу көче (кремнийның 10 ×), югары температурага чыдамлык (эш температурасы> 200 ° C).

  • Highгары җылылык үткәрүчәнлеге (≈3 × кремний):Искиткеч җылылык тарату, системаның көч тыгызлыгын тәэмин итү.

  • Түбән күчү югалту:Энергияне әйләндерүнең эффективлыгын күтәрә.

• Кимчелекләр:

  • Субстрат әзерләү авыр:Әкрен кристалл үсеше (> 1 атна), катлаулы җитешсезлекләрне контрольдә тоту (микропиплар, дислокацияләр), бик югары бәя (5-10 × кремний).

  • Кечкенә вафин зурлыгы:Нигездә 4-6 дюйм; 8 дюйм әле эшләнә.

  • Эшкәртү авыр:Бик каты (Мохс 9.5), кисү һәм бизәү күп вакыт таләп итә.

4. Галлиум Нитрид (GaN)

• Кушымталар:Highгары ешлыклы электр җайланмалары (тиз корылма, 5G төп станцияләр), зәңгәр LED / лазер.

• Уңай яклары:

  • Ультра югары электрон хәрәкәтчәнлеге + киң тасма (3,4 eV):Highгары ешлыклы (> 100 ГГц) һәм югары көчәнешле эшне берләштерә.

  • Түбән каршылык:Deviceайланма көчен югалтуны киметә.

  • Гетероепитакси туры килә:Гадәттә кремний, сапфир яки SiC субстратларында үстерелә, бәяне киметә.

• Кимчелекләр:

  • Күп кристалл үсеше авыр:Гетероепитакси төп агым, ләкин такталарның туры килмәве кимчелекләр кертә.

  • Costгары бәя:Туган GaN субстратлары бик кыйммәт (2 дюймлы вафер берничә мең АКШ долларына төшәргә мөмкин).

  • Ышанычлы проблемалар:Агымдагы җимерелү кебек феноменалар оптимизация таләп итә.

5. Индиум Фосфид (InP)

• Кушымталар:Speedгары тизлекле оптик элемтә (лазерлар, фотодетекторлар), терахерц җайланмалары.

• Уңай яклары:

  • Ультра югары электрон хәрәкәт:100 ГГц операциясен хуплый, ГаАлардан өстен.

  • Дулкын озынлыгына туры туры тасма:1,3-1.55 мм оптик җепсел элемтәсе өчен төп материал.

• Кимчелекләр:

  • Ватык һәм бик кыйммәт:Субстрат бәясе 100 × кремнийдан артып китә, ​​чикләнгән вафин зурлыклары (4-6 дюйм).

6. Сапфир (Al₂O₃)

• Кушымталар:LED яктырту (GaN эпитаксиаль субстрат), кулланучылар электроникасы пыяла каплый.

• Уңай яклары:

  • Арзан бәя:SiC / GaN субстратларына караганда күпкә арзанрак.

  • Искиткеч химик тотрыклылык:Коррозиягә чыдам, югары изоляцион.

  • Ачыклык:Вертикаль LED структуралары өчен яраклы.

• Кимчелекләр:

  • GaN белән зур такталарның туры килмәве (> 13%):Буфер катламнарын таләп итеп, югары җитешсезлек тыгызлыгын китерә.

  • Начар җылылык үткәрүчәнлеге (кремнийның 1/20):Powerгары көчле светофорларның эшләвен чикли.

7. Керамик субстратлар (AlN, BeO һ.б.)

• Кушымталар:Powerгары көчле модульләр өчен җылылык таратучылар.

• Уңай яклары:

  • Изоляция + югары җылылык үткәрүчәнлеге (AlN: 170-230 Вт / м · К):Highгары тыгызлыктагы төрү өчен яраклы.

• Кимчелекләр:

  • Бер кристалл булмаган:Пакет субстратлары буларак кулланылган җайланма үсешенә турыдан-туры ярдәм итә алмый.

8. Махсус субстратлар

• SOI (изоляторда кремний):

  • Структурасы:Кремний / SiO₂ / кремний сандвич.

  • Уңай яклары:Паразитик сыйдырышлыкны киметә, нурланыш каты, агып чыгу (RF, MEMS кулланыла).

  • Кимчелекләр:Күпчелек кремнийга караганда 30-50% кыйммәтрәк.

• Кварц (SiO₂):Фотомаскларда һәм MEMSда кулланыла; югары температурага каршы тору, ләкин бик ватык.

• Алмаз:Иң югары җылылык үткәрүчәнлеге субстрат (> 2000 Вт / м · К), чиктән тыш җылылык тарату өчен R&D астында.

Чагыштырма йомгаклау таблицасы

Субстрат сайлау өчен төп факторлар

• Спектакль таләпләре:Aгары ешлык өчен GaAs / InP; SiC югары көчәнешле, югары температура өчен; Оптоэлектроника өчен GaAs / InP / GaN.

• Чыгым чикләүләре:Кулланучылар электроникасы кремнийга өстенлек бирә; югары дәрәҗәдәге кырлар SiC / GaN премияләрен аклый ала.

• Интеграция катлаулылыгы:Кремний CMOS яраклашуы өчен алыштыргысыз булып кала.

• Rылылык белән идарә итү:Powerгары көчле кушымталар SiC яки бриллиантлы GaNны өстен күрәләр.

• Тапшыру чылбырының өлгерүе:Si> Sapphire> GaAs> SiC> GaN> InP.

Киләчәк тенденция

Гетероген интеграция (мәсәлән, GaN-on-Si, GaN-on-SiC) эшне һәм бәяне баланслаячак, 5G машина йөртү алгарышлары, электр машиналары һәм квант исәпләү.