ለሴሚኮንዳክተር ምርት ቁልፍ ጥሬ ዕቃዎች፡ የዋፈር ንኡስ ዓይነቶች

Wafer Substrates በሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ውስጥ እንደ ቁልፍ ቁሶች

Wafer substrates የሴሚኮንዳክተር መሣሪያዎች አካላዊ ተሸካሚዎች ናቸው፣ እና የቁሳቁስ ባህሪያቸው የመሳሪያውን አፈጻጸም፣ ወጪ እና የመተግበሪያ መስኮችን በቀጥታ ይወስናሉ። ከዚህ በታች ዋናዎቹ የዋፈር ንጣፎች ዓይነቶች ከጥቅሞቻቸው እና ጉዳቶቻቸው ጋር ናቸው ።

1.ሲሊኮን (ሲ)

• የገበያ ድርሻ፡-ከ95% በላይ የሚሆነው የአለም ሴሚኮንዳክተር ገበያ ነው።

• ጥቅሞቹ፡-

  • ዝቅተኛ ዋጋ፡የተትረፈረፈ ጥሬ እቃዎች (ሲሊኮን ዳይኦክሳይድ), የጎለመሱ የማምረቻ ሂደቶች እና ጠንካራ ምጣኔዎች.

  • ከፍተኛ ሂደት ተኳሃኝነት;የCMOS ቴክኖሎጂ በጣም የበሰለ፣ የላቁ አንጓዎችን የሚደግፍ ነው (ለምሳሌ፡ 3nm)።

  • እጅግ በጣም ጥሩ ክሪስታል ጥራት;ትልቅ-ዲያሜትር ዋፋር (በዋነኛነት 12-ኢንች፣ 18-ኢንች በመገንባት ላይ) ዝቅተኛ ጉድለት ያለው እፍጋት ሊበቅል ይችላል።

  • የተረጋጋ ሜካኒካዊ ባህሪዎች;ለመቁረጥ፣ ለመቦርቦር እና ለመያዝ ቀላል።

• ጉዳቶች፡-

  • ጠባብ ማሰሪያ (1.12 eV)፦ከፍ ባለ የሙቀት መጠን ከፍተኛ የፍሳሽ ፍሰት ፣ የኃይል መሣሪያን ውጤታማነት ይገድባል።

  • ቀጥተኛ ያልሆነ ማሰሪያበጣም ዝቅተኛ የብርሃን ልቀት ቅልጥፍና፣ ለኦፕቶኤሌክትሮኒካዊ መሳሪያዎች እንደ ኤልኢዲ እና ሌዘር የማይመች።

  • የተገደበ የኤሌክትሮን እንቅስቃሴ;ከተዋሃዱ ሴሚኮንዳክተሮች ጋር ሲነፃፀር ዝቅተኛ ከፍተኛ-ድግግሞሽ አፈፃፀም።
    

2.ጋሊየም አርሴንዲድ (ጋኤኤስ)

• መተግበሪያዎች፡-ከፍተኛ-ድግግሞሽ RF መሳሪያዎች (5G/6G)፣ ኦፕቶኤሌክትሮኒክ መሳሪያዎች (ሌዘር፣ የፀሐይ ህዋሶች)።

• ጥቅሞቹ፡-

  • ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት (5-6× የሲሊኮን)እንደ ሚሊሜትር-ሞገድ ግንኙነት ላሉ ከፍተኛ ፍጥነት እና ከፍተኛ ድግግሞሽ መተግበሪያዎች ተስማሚ።

  • ቀጥተኛ ማሰሪያ (1.42 eV):ከፍተኛ ቅልጥፍና ያለው የፎቶ ኤሌክትሪክ መለዋወጥ, የኢንፍራሬድ ሌዘር እና የ LEDs መሠረት.

  • ከፍተኛ ሙቀት እና የጨረር መቋቋም;ለአየር ጠፈር እና ለከባድ አካባቢዎች ተስማሚ።

• ጉዳቶች፡-

  • ከፍተኛ ወጪ፡አነስተኛ ቁሳቁስ፣ አስቸጋሪ የክሪስታል እድገት (ለመለያየት የተጋለጠ)፣ የተገደበ የዋፈር መጠን (በዋነኝነት 6 ኢንች)።

  • ብስባሪ መካኒኮች፡-ለስብራት የተጋለጠ, አነስተኛ የማቀነባበሪያ ምርትን ያስከትላል.

  • መርዛማነት፡-አርሴኒክ ጥብቅ አያያዝ እና የአካባቢ ቁጥጥር ያስፈልገዋል.

3. ሲሊኮን ካርቦይድ (ሲሲ)

• መተግበሪያዎች፡-ከፍተኛ-ሙቀት እና ከፍተኛ-ቮልቴጅ የኃይል መሳሪያዎች (EV inverters, charging stations), ኤሮስፔስ.

• ጥቅሞቹ፡-

  • ሰፊ ማሰሪያ (3.26 eV):ከፍተኛ የመበላሸት ጥንካሬ (10 × የሲሊኮን) ፣ ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቻቻል (የሥራ ሙቀት> 200 ° ሴ)።

  • ከፍተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ (≈3× ሲሊከን)ከፍተኛ የስርዓት ሃይል ጥግግት በማንቃት እጅግ በጣም ጥሩ የሙቀት ማባከን።

  • ዝቅተኛ የመቀያየር ኪሳራ;የኃይል ልወጣ ቅልጥፍናን ያሻሽላል።

• ጉዳቶች፡-

  • ፈታኝ የንዑስ ንጣፍ ዝግጅት;ቀርፋፋ ክሪስታል እድገት (> 1 ሳምንት) ፣ አስቸጋሪ ጉድለት ቁጥጥር (ማይክሮ ፓይፖች ፣ ዲስኮች) ፣ እጅግ በጣም ከፍተኛ ዋጋ (5-10 × ሲሊኮን)።

  • አነስተኛ የሱፍ መጠን;በዋናነት 4-6 ኢንች; 8-ኢንች አሁንም በልማት ላይ ነው።

  • ለማስኬድ አስቸጋሪ;በጣም ከባድ (Mohs 9.5)፣ መቁረጥ እና ማጽዳት ጊዜ የሚወስድ ነው።

4. ጋሊየም ኒትሪድ (ጂኤን)

• መተግበሪያዎች፡-ከፍተኛ-ድግግሞሽ የኃይል መሣሪያዎች (ፈጣን መሙላት፣ 5ጂ ቤዝ ጣቢያዎች)፣ ሰማያዊ LEDs/ሌዘር።

• ጥቅሞቹ፡-

  • እጅግ በጣም ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት + ሰፊ ማሰሪያ (3.4 ኢቪ)ከፍተኛ-ድግግሞሽ (> 100 GHz) እና ከፍተኛ-ቮልቴጅ አፈጻጸምን ያጣምራል።

  • ዝቅተኛ የመቋቋም ችሎታ;የመሳሪያውን የኃይል መጥፋት ይቀንሳል.

  • ሄትሮፒታክሲ ተኳሃኝ፡በብዛት በሲሊኮን፣ በሰንፔር ወይም በሲሲ ንኡስ ንጣፎች ላይ ይበቅላል፣ ወጪን ይቀንሳል።

• ጉዳቶች፡-

  • የጅምላ ነጠላ-ክሪስታል እድገት አስቸጋሪ;Heteroepitaxy ዋና ነው፣ ነገር ግን የላቲስ አለመመጣጠን ጉድለቶችን ያስተዋውቃል።

  • ከፍተኛ ወጪ፡ቤተኛ የጋኤን ንኡስ እቃዎች በጣም ውድ ናቸው (ባለ 2-ኢንች ዋፈር ብዙ ሺህ ዶላር ያስወጣል)።

  • አስተማማኝነት ተግዳሮቶች፡-እንደ የአሁኑ ውድቀት ያሉ ክስተቶች ማመቻቸትን ይጠይቃሉ።

5. ኢንዲየም ፎስፋይድ (ኢንፒ)

• መተግበሪያዎች፡-ባለከፍተኛ ፍጥነት ኦፕቲካል መገናኛዎች (ሌዘር, የፎቶ ዳሳሾች), ቴራሄትዝ መሳሪያዎች.

• ጥቅሞቹ፡-

  • እጅግ በጣም ከፍተኛ የኤሌክትሮን ተንቀሳቃሽነት;> 100 GHz ክዋኔን ይደግፋል፣ ከ GAAs ይበልጣል።

  • ከሞገድ ርዝመት ጋር ቀጥተኛ ማሰሪያኮር ቁሳቁስ ለ 1.3-1.55 μm የኦፕቲካል ፋይበር ግንኙነቶች.

• ጉዳቶች፡-

  • ብስባሽ እና በጣም ውድ;የከርሰ ምድር ዋጋ ከ100× ሲሊከን፣ የተገደበ የዋፈር መጠኖች (4-6 ኢንች) ይበልጣል።

6. ሰንፔር (አል₂O₃)

• መተግበሪያዎች፡-የ LED መብራት (GaN epitaxial substrate), የሸማች ኤሌክትሮኒክስ ሽፋን ብርጭቆ.

• ጥቅሞቹ፡-

  • ዝቅተኛ ዋጋ፡ከሲሲ/ጋኤን ንኡስ እቃዎች በጣም ርካሽ።

  • በጣም ጥሩ የኬሚካል መረጋጋት;ዝገት-ተከላካይ, ከፍተኛ መከላከያ.

  • ግልጽነት፡-ለአቀባዊ የ LED መዋቅሮች ተስማሚ.

• ጉዳቶች፡-

  • ትልቅ ጥልፍልፍ ከጋኤን (>13%) ጋር አለመመጣጠን፡ከፍተኛ ጉድለት ያለበት እፍጋትን ያስከትላል፣ የመጠባበቂያ ንብርብሮችን ይፈልጋል።

  • ደካማ የሙቀት መቆጣጠሪያ (~ 1/20 ሲሊከን)የከፍተኛ ኃይል LEDs አፈጻጸምን ይገድባል።

7. የሴራሚክ ንጥረ ነገሮች (አልኤን፣ ቢኦ፣ ወዘተ.)

• መተግበሪያዎች፡-ለከፍተኛ ኃይል ሞጁሎች የሙቀት ማሰራጫዎች.

• ጥቅሞቹ፡-

  • የኢንሱሌሽን + ከፍተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ (AlN: 170-230 W/m·K):ለከፍተኛ-ጥቅጥቅ ማሸጊያዎች ተስማሚ.

• ጉዳቶች፡-

  • ነጠላ-ክሪስታል ያልሆነ;የመሳሪያ እድገትን በቀጥታ መደገፍ አይቻልም፣ እንደ ማሸግ ተተኪዎች ብቻ ጥቅም ላይ ይውላል።

8. ልዩ ንጣፎች

• SOI (ሲሊኮን ኢንሱሌተር)

  • መዋቅር፡ሲሊኮን/ሲኦ₂/ሲሊኮን ሳንድዊች።

  • ጥቅሞቹ፡-የጥገኛ አቅምን ይቀንሳል፣ በጨረር የተጠናከረ፣ የፍሳሽ ማስወገጃ (በ RF፣ MEMS ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል)።

  • ጉዳቶች፡-ከጅምላ ሲሊከን ከ 30-50% የበለጠ ውድ.

• ኳርትዝ (SiO₂)፦በፎቶማስኮች እና MEMS ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል; ከፍተኛ ሙቀት መቋቋም ግን በጣም ተሰባሪ.

• አልማዝ፡ከፍተኛው የሙቀት ማስተላለፊያ ንጣፍ (> 2000 W/m·K)፣ በ R&D ለከፍተኛ ሙቀት መበታተን።

የንጽጽር ማጠቃለያ ሰንጠረዥ

ለ Substrate ምርጫ ቁልፍ ምክንያቶች

• የአፈጻጸም መስፈርቶች፡-GaAs / InP ለከፍተኛ ድግግሞሽ; ሲሲ ለከፍተኛ-ቮልቴጅ, ከፍተኛ ሙቀት; GaAs/InP/GaN ለኦፕቶኤሌክትሮኒክስ።

• የወጪ ገደቦች፡-የሸማቾች ኤሌክትሮኒክስ ሲሊኮን ሞገስ; ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው መስኮች የSiC/GaN ፕሪሚየሞችን ማረጋገጥ ይችላሉ።

• የውህደት ውስብስብነት;ሲሊኮን ለCMOS ተኳሃኝነት የማይተካ ይቀራል።

• የሙቀት አስተዳደር;ከፍተኛ ኃይል ያላቸው መተግበሪያዎች ሲሲ ወይም አልማዝ ላይ የተመሠረተ GaNን ይመርጣሉ።

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

የወደፊት አዝማሚያ

የተለያየ ውህደት (ለምሳሌ፣ GaN-on-Si፣ GaN-on-SiC) አፈጻጸምን እና ወጪን ያመዛዝናል፣ በ 5G፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እና በኳንተም ኮምፒዩት ውስጥ ያሉ ግስጋሴዎችን መንዳት።