ለሴሚኮንዳክተር ምርት ቁልፍ ጥሬ ዕቃዎች፡ የዋፈር ንጣፎች ዓይነቶች

በሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ውስጥ እንደ ቁልፍ ቁሳቁሶች የዋፈር ንጣፎች

የዋፈር ንጣፎች የሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች አካላዊ ተሸካሚዎች ሲሆኑ የቁሳቁስ ባህሪያቸው የመሳሪያውን አፈጻጸም፣ ወጪ እና የአጠቃቀም መስኮች በቀጥታ ይወስናሉ። ከዚህ በታች ዋናዎቹ የዋፈር ንጣፎች ዓይነቶች ከጥቅሞቻቸው እና ጉዳቶቻቸው ጋር ቀርበዋል፡

1.ሲሊከን (ሲ)

• የገበያ ድርሻ፡ከ95% በላይ የሚሆነውን የዓለም ሴሚኮንዳክተር ገበያ ይይዛል።

• ጥቅሞች፡

  • ዝቅተኛ ወጪ:የተትረፈረፈ ጥሬ ዕቃዎች (ሲሊከን ዳይኦክሳይድ)፣ የበሰለ የማኑፋክቸሪንግ ሂደቶች እና ጠንካራ የመጠን ኢኮኖሚዎች።

  • ከፍተኛ የሂደት ተኳሃኝነት;የCMOS ቴክኖሎጂ በጣም የበሰለ ሲሆን የላቁ ኖዶችን (ለምሳሌ፣ 3nm) ይደግፋል።

  • እጅግ በጣም ጥሩ የክሪስታል ጥራት;ትላልቅ ዲያሜትር ያላቸው ዋፈሮች (በዋነኝነት 12 ኢንች፣ 18 ኢንች በመገንባት ላይ ያሉ) እና ዝቅተኛ የጉድለት ጥግግት ያላቸው ሊበቅሉ ይችላሉ።

  • የተረጋጋ ሜካኒካዊ ባህሪያት;ለመቁረጥ፣ ለመጥረግ እና ለመያዝ ቀላል።

• ጉዳቶች፡

  • ጠባብ የባንድ ክፍተት (1.12 eV):ከፍተኛ የሙቀት መጠን ሲኖር ከፍተኛ የፍሳሽ ማስወገጃ ፍሰት፣ የኃይል መሳሪያውን ውጤታማነት ይገድባል።

  • ቀጥተኛ ያልሆነ የባንድ ክፍተት፦በጣም ዝቅተኛ የብርሃን ልቀት ቅልጥፍና፣ እንደ ኤልኢዲዎች እና ሌዘሮች ላሉ የኦፕቶኤሌክትሮኒክ መሳሪያዎች ተስማሚ አይደለም።

  • የተወሰነ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት፡ከውህድ ሴሚኮንዳክተሮች ጋር ሲነጻጸር ዝቅተኛ ከፍተኛ ድግግሞሽ አፈፃፀም።
    

2.ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs)

• አፕሊኬሽኖች፡ከፍተኛ ድግግሞሽ ያላቸው የRF መሳሪያዎች (5G/6G)፣ የኦፕቶኤሌክትሮኒክ መሳሪያዎች (ሌዘር፣ የፀሐይ ሴሎች)።

• ጥቅሞች፡

  • ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት (ከሲሊኮን 5-6 × ያነሰ):እንደ ሚሊሜትር-ሞገድ ግንኙነት ላሉ ከፍተኛ ፍጥነት ላላቸው እና ከፍተኛ ድግግሞሽ ላላቸው አፕሊኬሽኖች ተስማሚ።

  • ቀጥተኛ የባንድ ክፍተት (1.42 eV):ከፍተኛ ብቃት ያለው የፎቶኤሌክትሪክ ልወጣ፣ የኢንፍራሬድ ሌዘር እና የኤልኢዲዎች መሠረት።

  • ከፍተኛ የሙቀት መጠን እና የጨረር መቋቋም;ለአየር በረራ እና ለከባድ አካባቢዎች ተስማሚ።

• ጉዳቶች፡

  • ከፍተኛ ወጪ፦በቂ ያልሆነ ቁሳቁስ፣ አስቸጋሪ የክሪስታል እድገት (ለመፈናቀል የተጋለጠ)፣ የተወሰነ የዋፈር መጠን (በዋነኛነት 6 ኢንች)።

  • ብሪትል ሜካኒክስ፡ለስብራት የተጋለጠ ሲሆን ይህም ዝቅተኛ የማቀነባበሪያ ውጤት ያስከትላል።

  • መርዛማነት፡አርሴኒክ ጥብቅ አያያዝ እና የአካባቢ ቁጥጥርን ይፈልጋል።

3. ሲሊከን ካርቦይድ (ሲሲ)

• አፕሊኬሽኖች፡ከፍተኛ ሙቀትና ከፍተኛ ቮልቴጅ ያላቸው የኃይል መሳሪያዎች (የኢቪ ኢንቨርተሮች፣ የኃይል መሙያ ጣቢያዎች)፣ ኤሮስፔስ።

• ጥቅሞች፡

  • ሰፊ የባንድ ክፍተት (3.26 eV):ከፍተኛ የመበላሸት ጥንካሬ (ከሲሊኮን 10 ×)፣ ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቻቻል (ከ200 ° ሴ በላይ የሚሰራ የሙቀት መጠን)።

  • ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (≈3× ሲሊከን):እጅግ በጣም ጥሩ የሙቀት መሟጠጥ፣ ከፍተኛ የስርዓት ኃይል ጥግግት እንዲኖር ያስችላል።

  • ዝቅተኛ የመቀየሪያ ኪሳራ;የኃይል ልወጣ ቅልጥፍናን ያሻሽላል።

• ጉዳቶች፡

  • አስቸጋሪ የሆነ የንጣፍ ዝግጅት;ቀስ ብሎ የሚያድግ ክሪስታል (ከ1 ሳምንት በላይ)፣ አስቸጋሪ የሆነ የጉድለት ቁጥጥር (ማይክሮፓይፖች፣ መቆራረጥ)፣ እጅግ በጣም ከፍተኛ ወጪ (ከ5-10× ሲሊከን)።

  • አነስተኛ የሱፍ መጠን;በዋናነት ከ4–6 ኢንች፤ 8 ኢንች አሁንም በመገንባት ላይ ነው።

  • ለማስኬድ አስቸጋሪ፦በጣም ጠንካራ (ሞህስ 9.5)፣ መቁረጥና ማጥራት ጊዜ የሚወስድ ያደርገዋል።

4. ጋሊየም ናይትሬድ (GaN)

• አፕሊኬሽኖች፡ከፍተኛ ድግግሞሽ ያላቸው የኃይል መሳሪያዎች (ፈጣን ባትሪ መሙላት፣ 5ጂ መሰረታዊ ጣቢያዎች)፣ ሰማያዊ LED/ሌዘሮች።

• ጥቅሞች፡

  • እጅግ በጣም ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት + ሰፊ የባንድ ክፍተት (3.4 eV):ከፍተኛ ድግግሞሽ (>100 GHz) እና ከፍተኛ ቮልቴጅ አፈፃፀምን ያጣምራል።

  • ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም;የመሳሪያውን የኃይል መጥፋት ይቀንሳል።

  • ከሄትሮኢፒታክሲ ጋር የሚስማማበተለምዶ በሲሊኮን፣ በሰንፔር ወይም በሲሲ ንጣፎች ላይ የሚበቅል ሲሆን ይህም ወጪን ይቀንሳል።

• ጉዳቶች፡

  • የጅምላ ነጠላ-ክሪስታል እድገት አስቸጋሪሄትሮኢፒታክሲ ዋና ነገር ነው፣ ነገር ግን የላቲስ አለመመጣጠን ጉድለቶችን ያስከትላል።

  • ከፍተኛ ወጪ፦የ GaN ንጣፎች በጣም ውድ ናቸው (ባለ 2 ኢንች ዋፈር በብዙ ሺህ የአሜሪካ ዶላር ሊወጣ ይችላል)።

  • የአስተማማኝነት ተግዳሮቶች፡እንደ የአሁኑ ውድቀት ያሉ ክስተቶች ማመቻቸት ያስፈልጋቸዋል።

5. ኢንዲየም ፎስፌት (ኢንፒ)

• አፕሊኬሽኖች፡ከፍተኛ ፍጥነት ያላቸው የኦፕቲካል ግንኙነቶች (ሌዘር፣ ፎቶዲቴክተሮች)፣ የቴራሄርትዝ መሳሪያዎች።

• ጥቅሞች፡

  • እጅግ በጣም ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት፡ከ100 GHz በላይ የሚሰራ እና ከGaAs በላይ የሚሰራ ስራን ይደግፋል።

  • የሞገድ ርዝመት ማዛመድ ያለው ቀጥተኛ የባንድ ክፍተት፡ለ1.3–1.55 μm የኦፕቲካል ፋይበር ግንኙነቶች ዋና ቁሳቁስ።

• ጉዳቶች፡

  • ሻካራ እና በጣም ውድ;የንዑስ ወለል ዋጋ ከ100× ሲሊኮን ይበልጣል፣ የተገደበ የዋፈር መጠኖች (4-6 ኢንች)።

6. ሰንፔር (አል₂O₃)

• አፕሊኬሽኖች፡የ LED መብራት (GaN ኤፒታክሲያል ንጣፍ)፣ የሸማቾች ኤሌክትሮኒክስ ሽፋን መስታወት።

• ጥቅሞች፡

  • ዝቅተኛ ወጪ:ከ SiC/GaN ንጣፎች በጣም ርካሽ።

  • እጅግ በጣም ጥሩ የኬሚካል መረጋጋት;ዝገትን የሚቋቋም፣ ከፍተኛ መከላከያ ያለው።

  • ግልጽነት፡ለአቀባዊ የ LED መዋቅሮች ተስማሚ።

• ጉዳቶች፡

  • ከ GaN ጋር ያለው ትልቅ የፍርግርግ አለመጣጣም (>13%):ከፍተኛ የሆነ የጉድለት ጥግግት ያስከትላል፣ ይህም የመጠባበቂያ ንብርብሮችን ይፈልጋል።

  • ደካማ የሙቀት ማስተላለፊያ (~ 1/20 የሲሊኮን):ከፍተኛ ኃይል ያላቸውን የ LEDs አፈፃፀም ይገድባል።

7. የሴራሚክ ንጣፎች (AlN፣ BeO፣ ወዘተ)

• አፕሊኬሽኖች፡ለከፍተኛ ኃይል ሞጁሎች የሙቀት ማሰራጫዎች።

• ጥቅሞች፡

  • ኢንሱሌሽን + ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (AlN: 170–230 W/m·K):ለከፍተኛ ጥግግት ማሸጊያዎች ተስማሚ።

• ጉዳቶች፡

  • ነጠላ-ያልሆነ ክሪስታል፦የመሳሪያውን እድገት በቀጥታ መደገፍ አይቻልም፣ እንደ ማሸጊያ ንጣፎች ብቻ ጥቅም ላይ ይውላል።

8. ልዩ ንጣፎች

• SOI (ሲሊኮን ኢንሱለር):

  • መዋቅር፡ሲሊከን/ሲኦ₂/ሲሊከን ሳንድዊች።

  • ጥቅሞች፡የጥገኛ አቅምን ይቀንሳል፣ የጨረር ጥንካሬን ይቀንሳል፣ የፍሳሽ ማስወገጃን ያስወግዳል (በRF፣ MEMS ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል)።

  • ጉዳቶች፡ከጅምላ ሲሊከን 30-50% የበለጠ ውድ።

• ኳርትዝ (SiO₂):በፎቶማስክ እና MEMS ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል፤ ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቋቋም የሚችል ነገር ግን በጣም ተሰባሪ ነው።

• አልማዝ፡ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ ንጣፍ (>2000 W/m·K)፣ ለከፍተኛ የሙቀት መሟጠጥ በምርምር እና ልማት ስር።

የንጽጽር ማጠቃለያ ሰንጠረዥ

ለንዑስ ክፍል ምርጫ ቁልፍ ምክንያቶች

• የአፈጻጸም መስፈርቶች፡ለከፍተኛ-ድግግሞሽ GaAs/InP፤ ለከፍተኛ-ቮልቴጅ እና ለከፍተኛ-ሙቀት SiC፤ ለኦፕቶኤሌክትሮኒክስ GaAs/InP/GaN።

• የወጪ ገደቦች፡የሸማቾች ኤሌክትሮኒክስ ሲሊኮንን ይመርጣሉ፤ ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው መስኮች የSiC/GaN ፕሪሚየሞችን ሊያጸድቁ ይችላሉ።

• የውህደት ውስብስብነት፡ሲሊከን ለሲኤምኦኤስ ተኳሃኝነት የማይተካ ሆኖ ይቆያል።

• የሙቀት አስተዳደር;ከፍተኛ ኃይል ያላቸው አፕሊኬሽኖች SiC ወይም በአልማዝ ላይ የተመሠረተ GaN ይመርጣሉ።

• የአቅርቦት ሰንሰለት ብስለት፡ሲ > ሰንፔር > ጋአስ > ሲሲ > ጋን > ኢንፒ.

የወደፊት አዝማሚያ

የተለያዩ ውህደት (ለምሳሌ፣ GaN-on-Si፣ GaN-on-SiC) አፈጻጸምንና ወጪን በማመጣጠን በ5ጂ፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እና በኳንተም ኮምፒውቲንግ ውስጥ እድገትን ያመጣል።