1. Substrat
1. Definizzjoni u funzjoni
· Appoġġ fiżiku: Is-sottostrat huwa t-trasportatur tal-apparat tas-semikondutturi, ġeneralment wejfer tal-kristall wieħed ċirkolari jew kwadru (bħal wejfer tas-silikon).
· Template tal-kristall: Jipprovdi mudell għall-arranġament atomiku għat-tkabbir tas-saff epitassjali biex jiżgura li s-saff epitassjali huwa konsistenti mal-istruttura tal-kristall tas-substrat (homoepitaxial) jew taqbiliet (eteroepitaxial).
· Bażi elettrika: Parti mis-sottostrat tipparteċipa direttament fil-konduzzjoni tal-apparat (bħal apparat ta 'enerġija bbażat fuq is-silikon), jew taġixxi bħala iżolatur biex jiżola ċ-ċirkwit (bħal substrat żaffir).
2. Tqabbil tal-materjali tas-substrat mainstream
|
Materjali |
Karatteristiċi |
Applikazzjonijiet tipiċi |
|
Silikon (SI) |
Teknoloġija bi prezz baxx, matura, konduttività termali medja |
Ċirkwiti Integrati, MOSFET, IGBT |
|
Żaffir (Al₂o₃) |
Insulazzjoni, reżistenza għat-temperatura għolja, nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata (sa 13% ma' GAN) |
LEDs ibbażati fuq il-GAN, apparat RF |
|
Silicon Carbide (sic) |
Konduttività termali għolja, saħħa għolja ta 'tqassim, reżistenza għat-temperatura għolja |
Moduli tal-enerġija tal-vettura elettrika, apparat RF tal-istazzjon bażi 5G |
|
Arsenide Gallium (GaAs) |
Karatteristiċi eċċellenti ta 'frekwenza għolja, distakk dirett tal-medda |
Ċipep RF, dijodi tal-lejżer, ċelloli solari |
|
Nitride tal-Gallium (GAN) |
Mobilità għolja ta 'elettroni, reżistenza ta' vultaġġ għoli |
Adapter ta 'ċċarġjar mgħaġġel, apparat ta' komunikazzjoni tal-mewġ millimetru |
3. Konsiderazzjonijiet ewlenin għall-għażla tas-sottostrat
· Tqabbil tal-kannizzata: Naqqas id-difetti tas-saff epitassjali (eż. Gan \/ żaffir li ma jaqbilx il-kannizzata jilħaq 13%, li jeħtieġ saff buffer).
· Tqabbil tal-koeffiċjent ta 'espansjoni termali: Evita l-ikkrekkjar tat-tensjoni kkawżat minn bidliet fit-temperatura.
· Il-kompatibilità tal-ispejjeż u tal-proċess: Pereżempju, is-substrati tas-silikon jiddominaw il-mainstream minħabba proċessi maturi.
2. Saff epitassjali
1. Definizzjoni u skop
Tkabbir epitassjali: deposizzjoni ta 'film irqiq tal-kristall wieħed fuq il-wiċċ tas-substrat permezz ta' metodi kimiċi jew fiżiċi, bl-arranġament atomiku allinjat strettament mas-sottostrat.
Funzjonijiet tal-qalba:
- Ittejjeb il-purità tal-materjal (is-sottostrat jista 'jkun fih impuritajiet).
- Ibni strutturi eteroġenji (bħal Wells Quantum GaAs \/ AlgaAs).
- Iżola difetti tas-substrat (bħal difetti fil-micropipe fuq substrati sic).
2. Klassifikazzjoni tat-Teknoloġija Epitassjali
|
Teknoloġija |
Prinċipju |
Karatteristiċi |
Materjali applikabbli |
|
Mocvd |
Sors organiku tal-metall + reazzjoni tal-gass (bħal TMGA + NH₃ biex tiġġenera GAN) |
Adattat għal semikondutturi komposti, produzzjoni tal-massa |
Gan, Gaas, Inp |
|
Mbe |
Depożizzjoni ta 'raġġ molekulari saff b'saff taħt vakwu ultra-għoli |
Kontroll fil-livell atomiku, rata ta 'tkabbir bil-mod, spiża għolja |
Superlattice, punti kwantistiċi |
|
LPCVD |
Dekompożizzjoni termali ta 'gass tas-sors tas-silikon (bħal SIH₄) taħt pressjoni baxxa |
Teknoloġija tal-epitaxy tas-silikon mainstream, uniformità tajba |
Si, Sige |
|
Hvpe |
Epitassi tal-fażi tal-fwar tal-alid tat-temperatura għolja |
Rata ta 'tkabbir mgħaġġel, adattata għal films ħoxnin (bħal substrati GAN) |
Gan, Zno |
3. Parametri ewlenin tad-disinn tas-saff epitassjali
- Ħxuna: Minn ftit nanometri (quantum bir) sa għexieren ta 'mikroni (epilayer ta' apparat ta 'l-enerġija).
- Doping: Ikkontrolla b'mod preċiż il-konċentrazzjoni tat-trasportatur billi doping impuritajiet bħal fosfru (N-type) u boron (p-type).
- Kwalità tal-interface: Id-diżgrazzja tal-kannizzata teħtieġ li tittaffa minn saff buffer (bħal GAN \/ ALN) jew superlattice razza.
4. Sfidi u Soluzzjonijiet ta 'Tkabbir Eteroepitassi
- Żbilanċ tal-kannizzata:
- Saff tal-buffer tal-gradjent: Ibdel gradwalment il-kompożizzjoni minn sottostrat għal saff epitassjali (bħal saff tal-gradjent Algan).
- Saff ta 'nukleazzjoni ta' temperatura baxxa: Ikber saffi rqaq f'temperatura baxxa biex tnaqqas l-istress (bħal saff ta 'nukleazzjoni ta' aln ta 'temperatura baxxa ta' GAN).
- Mismatta termali: Agħżel taħlita ta 'materjali b'koeffiċjenti ta' espansjoni termali simili, jew uża disinn ta 'interface flessibbli.
3. Każijiet ta 'Applikazzjoni Sinerġika ta' Substrat u Epitassi
Każ 1: LED ibbażat fuq Gan
Substrat: Żaffir (bi prezz baxx, insulazzjoni).
Struttura epitassjali:
- Saff buffer (ALN jew GAN ta 'temperatura baxxa) → Naqqas id-difetti ta' nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata.
- Saff Gan tat-tip N → Ipprovdi elettroni.
- InGan \/ Gan Multi-Quantum Well → Saff li jarmu d-dawl.
- Saff Gan tat-tip P → Ipprovdi toqob.
Riżultat: Id-densità tad-difetti hija baxxa daqs 10⁸ cm⁻², u l-effiċjenza luminuża titjieb b'mod sinifikanti.
Każ 2: sic power mosfet
Substrat: 4H-sic Crystal Uniku (jiflaħ il-vultaġġ sa 10 kV).
Saff epitassjali:
- N-Type Sic Drift Saff (ħxuna 10-100 μm) → jiflaħ għal vultaġġ għoli.
- Reġjun ta 'bażi tat-tip P-SIC → Formazzjoni tal-Kanal ta' Kontroll.
Vantaġġi: 90% inqas minn reżistenza fuq il-mezzi tas-silikon, 5 darbiet aktar mgħaġġla veloċità.
Każ 3: Apparat GAN RF ibbażat fuq is-silikon
Substrat: Silikon b'reżistenza għolja (bi prezz baxx, faċli biex tintegra).
Saff epitassjali:
- Is-saff tan-nukleazzjoni ALN → itaffi l-iżbilanċ tal-kannizzata bejn SI u GAN (16%).
- Saff tal-buffer Gan → jaqbad difetti u ma jħallihomx jestendu għas-saff attiv.
- Algan \/ Gan Heterojunction → jifforma kanal ta 'mobilità ta' elettroni għoljin (HEMT).
Applikazzjoni: amplifikatur tal-qawwa tal-istazzjon bażi 5G, bi frekwenza ta 'aktar minn 28 GHz.