Ondarymgeçiriji öndürmek üçin esasy çig mal: Wafli substratlaryň görnüşleri

Warymgeçiriji enjamlarda esasy material hökmünde wafli substratlar

Wafli substratlar ýarymgeçiriji enjamlaryň fiziki göterijileridir we olaryň maddy aýratynlyklary enjamyň işleýşini, bahasyny we amaly meýdanlaryny gönüden-göni kesgitleýär. Aşakda artykmaçlyklary we kemçilikleri bilen birlikde wafli substratlaryň esasy görnüşleri bar:

1.Silikon (Si)

• Bazar paýy:Global ýarymgeçiriji bazarynyň 95% -den gowragyny düzýär.

• Üstünlikleri:

  • Arzan bahasy:Bol çig mal (kremniniň dioksidi), ýetişen önümçilik prosesi we güýçli ykdysadyýeti.

  • Processokary proses utgaşyklygy:CMOS tehnologiýasy ýokary derejeli, ösen düwünleri goldaýar (meselem, 3nm).

  • Ajaýyp kristal hili:Pes kemçilikli dykyzlygy bolan uly diametrli wafli (esasanam 12 dýuým, 18 dýuým ösdürilýär) ösdürip bolýar.

  • Durnuk mehaniki aýratynlyklary:Kesmek, süpürmek we işlemek aňsat.

• Adetmezçilikleri:

  • Dar zolak (1.12 eV):Powerokary temperaturada ýokary syzma tok, güýç enjamynyň netijeliligini çäklendirýär.

  • Gytaklaýyn zolak:Lightagtylygyň pesligi, yşyklandyryjylar we lazerler ýaly optoelektron enjamlary üçin ýaramly.

  • Çäklendirilen elektron hereketi:Goşma ýarymgeçirijiler bilen deňeşdirilende pes ýokary ýygylykly öndürijilik.
    

2.Gallium Arsenide (GaAs)

• Goýmalar:Frequokary ýygylykly RF enjamlary (5G / 6G), optoelektron enjamlary (lazerler, gün öýjükleri).

• Üstünlikleri:

  • Electrokary elektron hereketi (kremniniň 5-6 ×):Millimetr-tolkun aragatnaşygy ýaly ýokary tizlikli, ýokary ýygylykly programmalar üçin amatly.

  • Göni zolak (1.42 eV):Efficiencyokary netijelilik fotoelektrik öwrülişi, infragyzyl lazerleriň we yşyklandyryjylaryň esasy.

  • Temperatureokary temperatura we radiasiýa garşylygy:Aerokosmos we ýowuz şertler üçin amatly.

• Adetmezçilikleri:

  • Costokary çykdajy:Seýrek material, kyn kristal ösüşi (üýtgemelere ýykgyn), çäkli wafli ululygy (esasan 6 dýuým).

  • Döwülen mehanika:Döwülmäge ýykgyn edýär, netijede pes öndürijilik bolýar.

  • Zäherlilik:“Arsenic” berk işlemegi we daşky gurşaw gözegçiligini talap edýär.

3. Silikon Karbid (SiC)

• Goýmalar:Temperatureokary temperaturaly we ýokary woltly güýç enjamlary (EV inwertorlary, zarýad beriş stansiýalary), howa giňişligi.

• Üstünlikleri:

  • Giň zolakly zolak (3.26 eV):Breakokary bölüniş güýji (kremniniň 10 ×), ýokary temperatura çydamlylygy (iş temperaturasy> 200 ° C).

  • Termokary ýylylyk geçirijiligi (≈3 × kremniý):Ulgamyň güýç dykyzlygyny üpjün edip, ajaýyp ýylylyk ýaýramagy.

  • Pes kommutasiýa ýitgisi:Kuwwaty öwürmegiň netijeliligini ýokarlandyrýar.

• Adetmezçilikleri:

  • Substraty taýýarlamak kyn:Kristal ösüşiň haýal ösmegi (> 1 hepde), kemçilikleri dolandyrmak (mikrop turbalar, ýerleşdirişler), gaty ýokary çykdajy (5-10 × kremniý).

  • Wafli ululygy:Esasan 4–6 dýuým; 8 dýuým henizem işlenip düzülýär.

  • Işlemek kyn:Örän gaty (Mohs 9.5), kesmek we ýuwmak wagt talap edýär.

4. Gallium Nitride (GaN)

• Goýmalar:Frequokary ýygylykly güýç enjamlary (çalt zarýad bermek, 5G esasy stansiýalar), gök yşyklandyryjylar / lazerler.

• Üstünlikleri:

  • Ultra ýokary elektron hereketi + giň zolakly (3.4 eV):Highokary ýygylygy (> 100 GGs) we ýokary woltly öndürijiligi birleşdirýär.

  • Garşylygy pes:Enjamyň güýjüni ýitirýär.

  • Geteroepitaksi gabat gelýär:Köplenç kremniý, sapfir ýa-da SiC substratlarynda ösdürilip ýetişdirilýär, çykdajylary azaldýar.

• Adetmezçilikleri:

  • Köp kristal ösüşi kyn:Geteroepitaksi esasy akym, ýöne panjara gabat gelmezlik kemçilikleri ýüze çykarýar.

  • Costokary çykdajy:Gaerli GaN substratlary gaty gymmat (2 dýuým wafli birnäçe müň ABŞ dollary bolup biler).

  • Ygtybarlylyk kynçylyklary:Häzirki çöküş ýaly fenomenler optimizasiýany talap edýär.

5. Indium fosfid (InP)

• Goýmalar:Speedokary tizlikli optiki aragatnaşyk (lazerler, fotodetektorlar), terahertz enjamlary.

• Üstünlikleri:

  • Ultra ýokary elektron hereketi:> 100 GGs amaly goldaýar, GaA-dan ýokary.

  • Tolkun uzynlygy bilen göni zolak:1,3–1.55 μm optiki süýümli aragatnaşyk üçin esasy material.

• Adetmezçilikleri:

  • Döwük we gaty gymmat:Substratyň bahasy 100 × kremniden, çäkli wafli ululyklaryndan (4–6 dýuým) geçýär.

6. Safir (Al₂O₃)

• Goýmalar:LED yşyklandyryş (GaN epitaksial substrat), sarp ediji elektronika aýna.

• Üstünlikleri:

  • Arzan bahasy:SiC / GaN substratlaryndan has arzan.

  • Ajaýyp himiki durnuklylyk:Poslama garşy, ýokary izolýasiýa.

  • Aç-açanlyk:Wertikal LED gurluşlary üçin amatly.

• Adetmezçilikleri:

  • GaN (> 13%) bilen uly panjara gabat gelmeýär:Bufer gatlaklaryny talap edip, ýokary kemçilik dykyzlygyna sebäp bolýar.

  • Malylylyk geçirijiligi pes (kremniniň ~ 1/20):Powerokary kuwwatly yşyklandyryjylaryň işleýşini çäklendirýär.

7. Keramiki substratlar (AlN, BeO we ş.m.)

• Goýmalar:Powerokary kuwwatly modullar üçin ýylylyk ýaýradyjylary.

• Üstünlikleri:

  • Izolýasiýa + ýokary ýylylyk geçirijiligi (AlN: 170–230 W / m · K):Highokary dykyzlykly gaplamak üçin amatly.

• Adetmezçilikleri:

  • Kristal däl:Diňe gaplaýyş substratlary hökmünde ulanylýan enjamyň ösüşini gönüden-göni goldap bolmaýar.

8. Specialörite substratlar

• SOI (izolýatorda kremniý):

  • Gurluşy:Silikon / SiO₂ / kremniy sendwiç.

  • Üstünlikleri:Parazit kuwwatyny, radiasiýa gaty, syzmagy basyp ýatyrýar (RF, MEMS-de ulanylýar).

  • Adetmezçilikleri:Köp kremniden 30-50% gymmat.

• Kwars (SiO₂):Fotomaskalarda we MEMS-de ulanylýar; ýokary temperatura garşylyk, ýöne gaty ýuka.

• Göwher:Iň ýokary ýylylyk geçirijiligi substraty (> 2000 W / m · K), aşa yssy ýaýramak üçin gözleg işlerinde.

Deňeşdirme jemleýji tablisa

Substrat saýlamagyň esasy faktorlary

• Öndürijilik talaplary:Aokary ýygylyk üçin GaAs / InP; Volokary woltly, ýokary temperatura üçin SiC; Optoelektronika üçin GaAs / InP / GaN.

• Çykdajy çäklendirmeleri:Sarp ediji elektronikasy kremnini goldaýar; ýokary derejeli meýdanlar SiC / GaN baýraklaryny aklap biler.

• Integrasiýa çylşyrymlylygy:Silikon CMOS utgaşyklygy üçin çalşyp bolmaýar.

• Malylylyk dolandyryşy:Powerokary kuwwatly programmalar SiC ýa-da göwher esasly GaN-i has gowy görýärler.

• Üpjünçilik zynjyrynyň möhleti:Si> Safir> GaAs> SiC> GaN> InP.

Geljekki tendensiýa

Geterogen integrasiýa (mysal üçin, GaN-on-Si, GaN-on-SiC) öndürijiligi we çykdajylary, 5G-de sürüjilik ösüşlerini, elektrik ulaglaryny we kwant hasaplamasyny deňleşdirer.