Полупроводниковая подложка: свойства материалов кремния, GaAs, SiC и GaN.

01. Основыполупроводниковая подложка

1.1 Определение полупроводниковой подложки

Полупроводниковая подложка относится к основному материалу, используемому при производстве полупроводниковых устройств, обычно монокристаллическим или поликристаллическим материалам, изготовленным с использованием технологии высокоочищенного выращивания кристаллов. Подложки обычно представляют собой тонкие и прочные листовые конструкции, на которых изготавливаются различные полупроводниковые приборы и схемы. Чистота и качество подложки напрямую влияют на производительность и надежность конечного полупроводникового устройства.

1.2 Роль и область применения пластин-подложек

Пластины-подложки играют жизненно важную роль в процессе производства полупроводников. Являясь основой устройств и схем, пластины-подложки не только поддерживают структуру всего устройства, но также обеспечивают необходимую поддержку в электрических, термических и механических аспектах. К его основным функциям относятся:

Механическая поддержка: Обеспечить стабильную структурную основу для поддержки последующих этапов производства.

Управление температурным режимом: помогает рассеивать тепло, чтобы перегрев не влиял на производительность устройства.

Электрические характеристики: Влияет на электрические свойства устройства, такие как проводимость, подвижность носителей и т. д.

С точки зрения областей применения пластины-подложки широко используются в:

Микроэлектронные устройства: например, интегральные схемы (ИС), микропроцессоры и т. д.

Оптоэлектронные устройства: например, светодиоды, лазеры, фотодетекторы и т. д.

Высокочастотные электронные устройства: например, радиочастотные усилители, микроволновые устройства и т. д.

Силовые электронные устройства: такие как преобразователи мощности, инверторы и т. д.

02. Полупроводниковые материалы и их свойства.

Кремниевая (Si) подложка

· Разница между монокристаллическим кремнием и поликристаллическим кремнием:

Кремний является наиболее часто используемым полупроводниковым материалом, главным образом в виде монокристаллического кремния и поликристаллического кремния. Монокристаллический кремний имеет непрерывную кристаллическую структуру с высокой чистотой и бездефектными характеристиками, что очень подходит для высокопроизводительных электронных устройств. Поликристаллический кремний состоит из множества зерен, между зернами имеются границы. Хотя стоимость производства низкая, электрические характеристики плохие, поэтому его обычно используют в некоторых низкопроизводительных или крупномасштабных сценариях применения, таких как солнечные элементы.

·Электронные свойства и преимущества кремниевой подложки:

Кремниевая подложка обладает хорошими электронными свойствами, такими как высокая подвижность носителей заряда и умеренная энергетическая щель (1,1 эВ), что делает кремний идеальным материалом для производства большинства полупроводниковых устройств.

Кроме того, кремниевые подложки обладают следующими преимуществами:

Высокая чистота: Благодаря передовым методам очистки и выращивания можно получить монокристаллический кремний очень высокой чистоты.

Экономическая эффективность: По сравнению с другими полупроводниковыми материалами кремний имеет низкую стоимость и отлаженный производственный процесс.

Образование оксидов: Кремний естественным образом может образовывать слой диоксида кремния (SiO2), который может служить хорошим изолирующим слоем при производстве устройств.

Подложка из арсенида галлия (GaAs)

· Высокочастотные характеристики GaAs:

Арсенид галлия представляет собой сложный полупроводник, который особенно подходит для высокочастотных и быстродействующих электронных устройств из-за его высокой подвижности электронов и широкой запрещенной зоны. Устройства на основе GaAs могут работать на более высоких частотах с более высоким КПД и меньшим уровнем шума. Это делает GaAs важным материалом для микроволновых и миллиметровых волн.

· Применение GaAs в оптоэлектронике и высокочастотных электронных устройствах:

Благодаря своей прямой запрещенной зоне GaAs также широко используется в оптоэлектронных устройствах. Например, материалы GaAs широко используются при производстве светодиодов и лазеров. Кроме того, высокая подвижность электронов GaAs позволяет использовать его в радиочастотных усилителях, микроволновых устройствах и оборудовании спутниковой связи.

Подложка из карбида кремния (SiC)

· Теплопроводность и высокие энергетические свойства SiC:

Карбид кремния — это полупроводник с широкой запрещенной зоной, обладающий превосходной теплопроводностью и сильным электрическим полем пробоя. Эти свойства делают SiC очень подходящим для применений с высокой мощностью и высокими температурами. Устройства SiC могут стабильно работать при напряжениях и температурах, в несколько раз превышающих кремниевые устройства.

· Преимущества SiC в устройствах силовой электроники:

Подложки SiC демонстрируют значительные преимущества в силовых электронных устройствах, такие как меньшие потери на переключение и более высокий КПД. Это делает SiC все более популярным в приложениях преобразования высокой мощности, таких как электромобили, ветровые и солнечные инверторы. Кроме того, SiC широко используется в аэрокосмической и промышленной сфере управления благодаря своей высокой термостойкости.

Подложка нитрида галлия (GaN)

· Высокая подвижность электронов и оптические свойства GaN:

Нитрид галлия — еще один широкозонный полупроводник с чрезвычайно высокой подвижностью электронов и сильными оптическими свойствами. Высокая подвижность электронов GaN делает его очень эффективным в высокочастотных и мощных приложениях. В то же время GaN может излучать свет от ультрафиолетового до видимого диапазона, что подходит для различных оптоэлектронных устройств.

· Применение GaN в силовых и оптоэлектронных устройствах:

В области силовой электроники устройства GaN превосходно работают в импульсных источниках питания и ВЧ-усилителях благодаря сильному электрическому полю пробоя и низкому сопротивлению в открытом состоянии. В то же время GaN также играет важную роль в оптоэлектронных устройствах, особенно в производстве светодиодов и лазерных диодов, способствуя развитию технологий освещения и отображения.

· Потенциал новых материалов в полупроводниках:

С развитием науки и техники новые полупроводниковые материалы, такие как оксид галлия (Ga2O3) и алмаз, продемонстрировали большой потенциал. Оксид галлия имеет сверхширокую запрещенную зону (4,9 эВ) и очень подходит для мощных электронных устройств, а алмаз считается идеальным материалом для следующего поколения мощных и высокочастотных устройств благодаря своим превосходным термическим характеристикам. проводимость и чрезвычайно высокую подвижность носителей заряда. Ожидается, что эти новые материалы сыграют важную роль в будущих электронных и оптоэлектронных устройствах.

03. Процесс производства вафель

3.1 Технология выращивания пластин-подложек

3.1.1 Метод Чохральского (метод ЧЗ)

Метод Чохральского является наиболее распространенным методом изготовления пластин монокристаллического кремния. Это делается путем погружения затравочного кристалла в расплавленный кремний, а затем медленного вытягивания его, так что расплавленный кремний кристаллизуется на затравочном кристалле и превращается в монокристалл. Этим методом можно производить крупногабаритный высококачественный монокристаллический кремний, который очень подходит для изготовления больших интегральных схем.

3.1.2 Метод Бриджмена

Метод Бриджмена обычно используется для выращивания сложных полупроводников, таких как арсенид галлия. В этом методе сырье нагревается до расплавленного состояния в тигле, а затем медленно охлаждается до образования монокристалла. Метод Бриджмена позволяет контролировать скорость и направление роста кристалла и подходит для производства полупроводников сложных соединений.

3.1.3 Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)

Молекулярно-лучевая эпитаксия — это технология, используемая для выращивания ультратонких полупроводниковых слоев на подложках. Он формирует высококачественные кристаллические слои, точно управляя молекулярными лучами различных элементов в среде сверхвысокого вакуума и нанося их слой за слоем на подложку. Технология MBE особенно подходит для изготовления высокоточных квантовых точек и ультратонких гетеропереходных структур.

3.1.4 Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

Химическое осаждение из паровой фазы — это технология осаждения тонких пленок, широко используемая при производстве полупроводников и других высокоэффективных материалов. CVD разлагает газообразные предшественники и осаждает их на поверхности подложки с образованием твердой пленки. Технология CVD позволяет производить пленки с строго контролируемой толщиной и составом, что очень подходит для изготовления сложных устройств.

3.2 Резка и полировка пластин

3.2.1 Технология резки кремниевых пластин

После завершения роста кристаллов большой кристалл разрезается на тонкие ломтики и превращается в пластины. Для резки кремниевых пластин обычно используются алмазные пилы или проволочная пила, чтобы обеспечить точность резки и уменьшить потери материала. Процесс резки необходимо точно контролировать, чтобы толщина и плоскостность поверхности пластины соответствовали требованиям.

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

VeTek Semiconductor — профессиональный китайский производительСмещение от оси на 4°, пластина SiC p-типа, Подложка SiC типа 4H N, иПодложка SiC полуизолирующего типа 4H.  VeTek Semiconductor стремится предоставлять передовые решения для различныхSiC пластинапродукция для полупроводниковой промышленности. 

Если вы заинтересованы вПолупроводниковая подложкаs, пожалуйста, свяжитесь с нами напрямую.

Моб: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Электронная почта: anny@veteksemi.com