Wafer substrat semikonduktor: Sifat bahan silikon, GaAs, SiC dan GaN

01. Asas-asaswafer substrat semikonduktor

1.1 Definisi substrat semikonduktor

Substrat semikonduktor merujuk kepada bahan asas yang digunakan dalam pembuatan peranti semikonduktor, biasanya bahan kristal tunggal atau polihablur yang dibuat oleh teknologi pertumbuhan kristal yang sangat tulen. Wafer substrat biasanya struktur kepingan nipis dan pepejal, di mana pelbagai peranti semikonduktor dan litar dihasilkan. Ketulenan dan kualiti substrat secara langsung mempengaruhi prestasi dan kebolehpercayaan peranti semikonduktor akhir.

1.2 Peranan dan medan aplikasi wafer substrat

Wafer substrat memainkan peranan penting dalam proses pembuatan semikonduktor. Sebagai asas peranti dan litar, wafer substrat bukan sahaja menyokong struktur keseluruhan peranti, tetapi juga menyediakan sokongan yang diperlukan dalam aspek elektrik, haba dan mekanikal. Fungsi utamanya termasuk:

Sokongan mekanikal: Menyediakan asas struktur yang stabil untuk menyokong langkah pembuatan seterusnya.

Pengurusan terma: Bantu menghilangkan haba untuk mengelakkan terlalu panas daripada menjejaskan prestasi peranti.

Ciri-ciri elektrik: Menjejaskan sifat elektrik peranti, seperti kekonduksian, mobiliti pembawa, dsb.

Dari segi bidang aplikasi, wafer substrat digunakan secara meluas dalam:

Peranti mikroelektronik: seperti litar bersepadu (IC), mikropemproses, dsb.

Peranti optoelektronik: seperti LED, laser, pengesan foto, dsb.

Peranti elektronik frekuensi tinggi: seperti penguat RF, peranti gelombang mikro, dsb.

Peranti elektronik kuasa: seperti penukar kuasa, penyongsang, dsb.

02. Bahan semikonduktor dan sifatnya

Substrat silikon (Si).

· Perbezaan antara silikon kristal tunggal dan silikon polihabluran:

Silikon adalah bahan semikonduktor yang paling biasa digunakan, terutamanya dalam bentuk silikon kristal tunggal dan silikon polihabluran. Silikon kristal tunggal terdiri daripada struktur kristal berterusan, dengan ketulenan tinggi dan ciri-ciri bebas kecacatan, yang sangat sesuai untuk peranti elektronik berprestasi tinggi. Silikon polihabluran terdiri daripada pelbagai bijian, dan terdapat sempadan bijian antara bijirin. Walaupun kos pembuatan adalah rendah, prestasi elektrik adalah lemah, jadi ia biasanya digunakan dalam beberapa senario aplikasi berprestasi rendah atau berskala besar, seperti sel solar.

·Sifat elektronik dan kelebihan substrat silikon:

Substrat silikon mempunyai sifat elektronik yang baik, seperti mobiliti pembawa yang tinggi dan jurang tenaga sederhana (1.1 eV), yang menjadikan silikon sebagai bahan yang sesuai untuk mengeluarkan kebanyakan peranti semikonduktor.

Di samping itu, substrat silikon mempunyai kelebihan berikut:

Kesucian yang tinggi: Melalui teknik penulenan dan pertumbuhan lanjutan, silikon kristal tunggal ketulenan yang sangat tinggi boleh diperolehi.

Keberkesanan kos: Berbanding dengan bahan semikonduktor lain, silikon mempunyai kos yang rendah dan proses pembuatan yang matang.

Pembentukan oksida: Silikon secara semula jadi boleh membentuk lapisan silikon dioksida (SiO2), yang boleh berfungsi sebagai lapisan penebat yang baik dalam pembuatan peranti.

Substrat galium arsenide (GaAs).

· Ciri frekuensi tinggi GaAs:

Gallium arsenide ialah semikonduktor sebatian yang amat sesuai untuk peranti elektronik frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi kerana mobiliti elektronnya yang tinggi dan jurang jalur yang lebar. Peranti GaAs boleh beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dengan kecekapan yang lebih tinggi dan tahap hingar yang lebih rendah. Ini menjadikan GaA sebagai bahan penting dalam aplikasi gelombang mikro dan milimeter.

· Penggunaan GaA dalam optoelektronik dan peranti elektronik frekuensi tinggi:

Oleh kerana jurang jalur langsungnya, GaAs juga digunakan secara meluas dalam peranti optoelektronik. Sebagai contoh, bahan GaAs digunakan secara meluas dalam pembuatan LED dan laser. Selain itu, mobiliti elektron yang tinggi bagi GaA menjadikannya berfungsi dengan baik dalam penguat RF, peranti gelombang mikro dan peralatan komunikasi satelit.

Substrat Silikon Karbida (SiC).

· Kekonduksian terma dan sifat kuasa tinggi SiC:

Silikon karbida ialah semikonduktor celah jalur lebar dengan kekonduksian terma yang sangat baik dan medan elektrik pecahan tinggi. Sifat-sifat ini menjadikan SiC sangat sesuai untuk aplikasi kuasa tinggi dan suhu tinggi. Peranti SiC boleh beroperasi secara stabil pada voltan dan suhu beberapa kali lebih tinggi daripada peranti silikon.

· Kelebihan SiC dalam peranti elektronik kuasa:

Substrat SiC menunjukkan kelebihan ketara dalam peranti elektronik kuasa, seperti kehilangan pensuisan yang lebih rendah dan kecekapan yang lebih tinggi. Ini menjadikan SiC semakin popular dalam aplikasi penukaran kuasa tinggi seperti kenderaan elektrik, penyongsang angin dan suria. Di samping itu, SiC digunakan secara meluas dalam kawalan aeroangkasa dan industri kerana rintangan suhu yang tinggi.

Substrat Gallium Nitride (GaN).

· Mobiliti elektron tinggi dan sifat optik GaN:

Gallium nitride ialah satu lagi semikonduktor celah jalur lebar dengan mobiliti elektron yang sangat tinggi dan sifat optik yang kuat. Mobiliti elektron tinggi GaN menjadikannya sangat cekap dalam aplikasi frekuensi tinggi dan kuasa tinggi. Pada masa yang sama, GaN boleh memancarkan cahaya dalam ultraviolet kepada julat yang boleh dilihat, sesuai untuk pelbagai peranti optoelektronik.

· Penggunaan GaN dalam peranti kuasa dan optoelektronik:

Dalam bidang elektronik kuasa, peranti GaN cemerlang dalam pensuisan bekalan kuasa dan penguat RF kerana medan elektrik pecahan tinggi dan rintangan-on yang rendah. Pada masa yang sama, GaN juga memainkan peranan penting dalam peranti optoelektronik, terutamanya dalam pembuatan LED dan diod laser, mempromosikan kemajuan teknologi pencahayaan dan paparan.

· Potensi bahan baru muncul dalam semikonduktor:

Dengan perkembangan sains dan teknologi, bahan semikonduktor yang baru muncul seperti galium oksida (Ga2O3) dan berlian telah menunjukkan potensi yang besar. Gallium oksida mempunyai celah jalur ultra lebar (4.9 eV) dan sangat sesuai untuk peranti elektronik berkuasa tinggi, manakala berlian dianggap sebagai bahan ideal untuk aplikasi berkuasa tinggi dan frekuensi tinggi generasi akan datang kerana termanya yang sangat baik. kekonduksian dan mobiliti pembawa yang sangat tinggi. Bahan baharu ini dijangka memainkan peranan penting dalam peranti elektronik dan optoelektronik masa hadapan.

03. Proses pembuatan wafer

3.1 Teknologi pertumbuhan wafer substrat

3.1.1 Kaedah Czochralski (kaedah CZ)

Kaedah Czochralski ialah kaedah yang paling biasa digunakan untuk pembuatan wafer silikon kristal tunggal. Ia dilakukan dengan merendam kristal benih ke dalam silikon cair dan kemudian perlahan-lahan menariknya keluar, supaya silikon cair mengkristal pada kristal benih dan tumbuh menjadi kristal tunggal. Kaedah ini boleh menghasilkan silikon kristal tunggal bersaiz besar, berkualiti tinggi, yang sangat sesuai untuk pembuatan litar bersepadu berskala besar.

3.1.2 Kaedah Bridgman

Kaedah Bridgman biasanya digunakan untuk mengembangkan semikonduktor kompaun, seperti galium arsenide. Dalam kaedah ini, bahan mentah dipanaskan kepada keadaan cair dalam mangkuk pijar dan kemudian perlahan-lahan disejukkan untuk membentuk kristal tunggal. Kaedah Bridgman boleh mengawal kadar pertumbuhan dan arah hablur dan sesuai untuk penghasilan semikonduktor kompaun kompleks.

3.1.3 Epitaksi rasuk molekul (MBE)

Epitaksi rasuk molekul ialah teknologi yang digunakan untuk mengembangkan lapisan semikonduktor ultra nipis pada substrat. Ia membentuk lapisan kristal berkualiti tinggi dengan mengawal rasuk molekul unsur berbeza dengan tepat dalam persekitaran vakum ultra tinggi dan mendepositkannya lapisan demi lapisan pada substrat. Teknologi MBE amat sesuai untuk pembuatan titik kuantum berketepatan tinggi dan struktur heterojunction ultra nipis.

3.1.4 Pemendapan wap kimia (CVD)

Pemendapan wap kimia ialah teknologi pemendapan filem nipis yang digunakan secara meluas dalam pembuatan semikonduktor dan bahan berprestasi tinggi yang lain. CVD menguraikan prekursor gas dan memendapkannya pada permukaan substrat untuk membentuk filem pepejal. Teknologi CVD boleh menghasilkan filem dengan ketebalan dan komposisi yang sangat terkawal, yang sangat sesuai untuk pembuatan peranti yang kompleks.

3.2 Memotong dan menggilap wafer

3.2.1 Teknologi pemotongan wafer silikon

Selepas pertumbuhan kristal selesai, kristal besar akan dipotong menjadi kepingan nipis untuk menjadi wafer. Pemotongan wafer silikon biasanya menggunakan bilah gergaji berlian atau teknologi gergaji dawai untuk memastikan ketepatan pemotongan dan mengurangkan kehilangan bahan. Proses pemotongan perlu dikawal dengan tepat untuk memastikan bahawa ketebalan dan kerataan permukaan wafer memenuhi keperluan.

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

VeTek Semiconductor ialah pengilang profesional Cina bagiWafer SiC jenis p paksi 4°, Substrat SiC jenis 4H N, danSubstrat SiC jenis Semi Penebat 4H.  VeTek Semiconductor komited untuk menyediakan penyelesaian termaju untuk pelbagaiWafer SiCproduk untuk industri semikonduktor. 

Jika anda berminatWafer substrat semikonduktors, sila hubungi kami secara terus.

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E-mel: anny@veteksemi.com