Is-sottostrat huwa l-bażi fiżika tal-apparat u jiddetermina l-fattibilità u l-ispiża tat-tkabbir epitassjali.
Is-saff epitassjali huwa l-qalba funzjonali, u l-prestazzjoni elettrika u ottika huma ottimizzati permezz ta 'disinn strutturali u doping preċiż.
It-tqabbil taż-żewġ (kannizzata, sħana, elettriku) huwa ċ-ċavetta għal apparati ta 'prestazzjoni għolja, li jmexxu teknoloġija tas-semikondutturi għal frekwenza ogħla, enerġija ogħla, u konsum aktar baxx ta' enerġija.
1. Substrat
Definizzjoni u funzjoni
Appoġġ fiżiku: Is-sottostrat huwa t-trasportatur tal-apparat tas-semikondutturi, ġeneralment folja rqiqa tal-kristall wieħed tond jew kwadru (bħal Wejfer tas-Silikon).
Mudell 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 (epitassi omoġenja) jew logħbiet (epitaxiet eteroġenja).
Bażi elettrika: Xi substrati jipparteċipaw direttament fil-konduzzjoni tal-apparat (bħal apparat ta 'enerġija bbażat fuq is-silikon) jew iservu bħala iżolaturi biex jiżolaw ċirkwiti (bħal substrati taż-żaffir).
2. Tqabbil tal-materjali tas-substrat mainstream
| Materjal | Proprjetajiet | Applikazzjonijiet tipiċi |
| Silikon (SI) | Teknoloġija bi prezz baxx, matura, konduttività termali medja | Ċirkuwitu Integrat, MOSFET, IGBT |
| Żaffir (Al₂o₃) | Insulazzjoni, reżistenza għat-temperatura għolja, nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata (sa 13% ma' GAN) | LEDs ibbażati fuq il-GAN u apparati 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, bandgap dirett | 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-substrat
Tqabbil tal-kannizzata: Naqqas id-difetti epitassjali tas-saff (bħalma huma żbilanċi tal-kannizzata GAN / żaffir ta '13%, li jeħtieġu saff buffer).
Tqabbil tal-koeffiċjent ta 'espansjoni termali: Evita l-ikkrekkjar tat-tensjoni kkawżat minn bidliet fit-temperatura.
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: Iddepożita films irqaq tal-kristall wieħed fuq il-wiċċ tas-sottostrat permezz ta 'metodi kimiċi jew fiżiċi, u l-arranġament atomiku huwa allinjat strettament mas-sottostrat.
Rwol ewlieni:
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 fis-substrati sic).
2. Klassifikazzjoni tat-Teknoloġija Epitassjali
3. Parametri ewlenin tad-disinn tas-saff epitassjali
Ħxuna: Minn ftit nanometri (bjar kwantistiċi) sa għexieren ta 'mikroni (apparat ta' l-enerġija epitassjali).
Doping: Ikkontrolla b'mod preċiż il-konċentrazzjoni tat-trasportatur billi doping impuritajiet bħal fosfru (tip N) u boron (p-tip).
Kwalità tal-interface: Id-diżgrazzja tal-kannizzata teħtieġ li tittaffa minn saffi buffer (bħal GAN / ALN) jew superlattices razza.
4. Sfidi u soluzzjonijiet ta 'nuqqas ta' qbil tal-kannizzata ta 'tkabbir eteroepitassi
Saff ta 'buffer gradwali: Ibdel gradwalment il-kompożizzjoni minn sottostrat għal saff epitassjali (bħal saff ta' 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).
Nismuk termali: Agħżel taħlita ta 'materjali b'koeffiċjenti ta' espansjoni termali simili, jew uża disinn ta 'interface flessibbli.
3. Każijiet ta 'Applikazzjoni Kollaborattiva ta' Substrat u Epitassi
Każ 1: sottostrat LED ibbażat fuq GAN: 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 Wells Quantum Multiple → 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% aktar baxxa fuq ir-reżistenza minn apparati tas-silikon, 5 darbiet aktar mgħaġġla veloċità.
Każ 3: Substrat tal-Apparat GAN RF ibbażat fuq is-silikon: Silikon b'reżistenza għolja (bi prezz baxx, integrazzjoni faċli).
Epilayer: saff ta 'nukleazzjoni ALN → itaffi l-iżbilanċ tal-kannizzata bejn Si u GAN (16%).
Saff tal-buffer Gan → jaqbad difetti u jipprevjenihom milli jestendu għas-saff attiv.
Algan / Gan Heterojunction → jiffurmaw kanal ta 'mobilità ta' elettroni għolja (HEMT).
Applikazzjoni: amplifikatur tal-qawwa tal-istazzjon bażi 5G, il-frekwenza tista 'tilħaq aktar minn 28 GHz.
