Tấm nền bán dẫn: Tính chất vật liệu của silicon, GaAs, SiC và GaN

01. Cơ bản vềwafer chất bán dẫn

1.1 Định nghĩa chất nền bán dẫn

Chất nền bán dẫn dùng để chỉ vật liệu cơ bản được sử dụng trong sản xuất các thiết bị bán dẫn, thường là vật liệu đơn tinh thể hoặc đa tinh thể được chế tạo bằng công nghệ tăng trưởng tinh thể và tinh khiết cao. Tấm nền thường là các cấu trúc tấm mỏng và rắn, trên đó các thiết bị bán dẫn và mạch điện khác nhau được sản xuất. Độ tinh khiết và chất lượng của chất nền ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị bán dẫn cuối cùng.

1.2 Vai trò và lĩnh vực ứng dụng của tấm nền

Tấm nền đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất chất bán dẫn. Là nền tảng của các thiết bị và mạch điện, các tấm nền không chỉ hỗ trợ cấu trúc của toàn bộ thiết bị mà còn cung cấp sự hỗ trợ cần thiết về các khía cạnh điện, nhiệt và cơ khí. Các chức năng chính của nó bao gồm:

Hỗ trợ cơ khí: Cung cấp nền tảng kết cấu ổn định để hỗ trợ các bước sản xuất tiếp theo.

Quản lý nhiệt: Giúp tản nhiệt tránh hiện tượng quá nhiệt ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị.

Đặc tính điện: Ảnh hưởng đến các đặc tính điện của thiết bị, chẳng hạn như độ dẫn điện, độ linh động của sóng mang, v.v.

Về lĩnh vực ứng dụng, tấm nền được sử dụng rộng rãi trong:

Thiết bị vi điện tử: chẳng hạn như mạch tích hợp (IC), bộ vi xử lý, v.v.

Thiết bị quang điện tử: chẳng hạn như đèn LED, laser, bộ tách sóng quang, v.v.

Thiết bị điện tử tần số cao: chẳng hạn như bộ khuếch đại RF, thiết bị vi sóng, v.v.

Thiết bị điện tử công suất: chẳng hạn như bộ chuyển đổi nguồn, bộ biến tần, v.v.

02. Vật liệu bán dẫn và tính chất của chúng

Chất nền silicon (Si)

· Sự khác biệt giữa silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể:

Silicon là vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất, chủ yếu ở dạng silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể. Silicon đơn tinh thể bao gồm một cấu trúc tinh thể liên tục, có độ tinh khiết cao và đặc tính không có khuyết tật, rất phù hợp cho các thiết bị điện tử hiệu suất cao. Silicon đa tinh thể bao gồm nhiều hạt và có ranh giới hạt giữa các hạt. Mặc dù chi phí sản xuất thấp nhưng hiệu suất điện kém nên nó thường được sử dụng trong một số trường hợp ứng dụng hiệu suất thấp hoặc quy mô lớn, chẳng hạn như pin mặt trời.

·Tính chất điện tử và ưu điểm của chất nền silicon:

Chất nền silicon có các đặc tính điện tử tốt, chẳng hạn như độ linh động hạt tải điện cao và khoảng cách năng lượng vừa phải (1,1 eV), khiến silicon trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất hầu hết các thiết bị bán dẫn.

Ngoài ra, chất nền silicon còn có những ưu điểm sau:

Độ tinh khiết cao: Thông qua các kỹ thuật tinh chế và phát triển tiên tiến, có thể thu được silicon đơn tinh thể có độ tinh khiết rất cao.

Hiệu quả chi phí: So với các vật liệu bán dẫn khác, silicon có chi phí thấp và quy trình sản xuất hoàn thiện.

Sự hình thành oxit: Silicon có thể tự nhiên tạo thành một lớp silicon dioxide (SiO2), có thể đóng vai trò là lớp cách điện tốt trong sản xuất thiết bị.

Chất nền Gallium arsenide (GaAs)

· Đặc tính tần số cao của GaAs:

Gallium arsenide là một chất bán dẫn phức hợp đặc biệt thích hợp cho các thiết bị điện tử tần số cao và tốc độ cao do tính linh động của điện tử cao và dải tần rộng. Các thiết bị GaAs có thể hoạt động ở tần số cao hơn với hiệu suất cao hơn và độ ồn thấp hơn. Điều này làm cho GaAs trở thành vật liệu quan trọng trong các ứng dụng vi sóng và sóng milimet.

· Ứng dụng GaAs trong quang điện tử và các thiết bị điện tử tần số cao:

Do có băng thông trực tiếp nên GaAs cũng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quang điện tử. Ví dụ, vật liệu GaAs được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đèn LED và laser. Ngoài ra, độ linh động điện tử cao của GaA khiến nó hoạt động tốt trong các bộ khuếch đại RF, thiết bị vi sóng và thiết bị liên lạc vệ tinh.

Chất nền silic cacbua (SiC)

· Độ dẫn nhiệt và tính chất công suất cao của SiC:

Cacbua silic là chất bán dẫn có dải thông rộng với tính dẫn nhiệt tuyệt vời và điện trường phân hủy cao. Những đặc tính này làm cho SiC rất phù hợp cho các ứng dụng công suất cao và nhiệt độ cao. Thiết bị SiC có thể hoạt động ổn định ở điện áp và nhiệt độ cao hơn nhiều lần so với thiết bị silicon.

· Ưu điểm của SiC trong thiết bị điện tử công suất:

Chất nền SiC cho thấy những lợi thế đáng kể trong các thiết bị điện tử công suất, chẳng hạn như tổn thất chuyển mạch thấp hơn và hiệu suất cao hơn. Điều này khiến SiC ngày càng phổ biến trong các ứng dụng chuyển đổi năng lượng cao như xe điện, bộ biến tần gió và mặt trời. Ngoài ra, SiC còn được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ và điều khiển công nghiệp do khả năng chịu nhiệt độ cao.

Chất nền Gallium Nitride (GaN)

· Độ linh động điện tử cao và tính chất quang học của GaN:

Gallium nitride là một chất bán dẫn có dải cấm rộng khác có độ linh động điện tử cực cao và tính chất quang học mạnh. Độ linh động điện tử cao của GaN làm cho nó rất hiệu quả trong các ứng dụng năng lượng cao và tần số cao. Đồng thời, GaN có thể phát ra ánh sáng trong vùng tử ngoại đến vùng khả kiến, phù hợp với nhiều loại thiết bị quang điện tử.

· Ứng dụng GaN trong các thiết bị điện và quang điện tử:

Trong lĩnh vực điện tử công suất, các thiết bị GaN vượt trội trong việc chuyển đổi nguồn điện và bộ khuếch đại RF do điện trường đánh thủng cao và điện trở thấp. Đồng thời, GaN còn đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị quang điện tử, đặc biệt là trong sản xuất đèn LED và điốt laser, thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ chiếu sáng và hiển thị.

· Tiềm năng của vật liệu mới nổi trong chất bán dẫn:

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các vật liệu bán dẫn mới nổi như gali oxit (Ga2O3) và kim cương đã cho thấy tiềm năng rất lớn. Gallium oxit có dải tần cực rộng (4,9 eV) và rất phù hợp cho các thiết bị điện tử công suất cao, trong khi kim cương được coi là vật liệu lý tưởng cho thế hệ tiếp theo của các ứng dụng công suất cao và tần số cao nhờ khả năng tản nhiệt tuyệt vời. độ dẫn điện và độ linh động của chất mang cực cao. Những vật liệu mới này dự kiến ​​sẽ đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử và quang điện tử trong tương lai.

03. Quy trình sản xuất wafer

3.1 Công nghệ tăng trưởng của tấm nền

3.1.1 Phương pháp Czochralski (phương pháp CZ)

Phương pháp Czochralski là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất tấm silicon đơn tinh thể. Nó được thực hiện bằng cách nhúng một tinh thể hạt vào silicon nóng chảy rồi từ từ kéo nó ra, để silicon nóng chảy kết tinh trên tinh thể hạt và phát triển thành một tinh thể duy nhất. Phương pháp này có thể tạo ra silicon đơn tinh thể có kích thước lớn, chất lượng cao, rất phù hợp để sản xuất các mạch tích hợp quy mô lớn.

3.1.2 Phương pháp Bridgman

Phương pháp Bridgman thường được sử dụng để phát triển các chất bán dẫn phức hợp, chẳng hạn như gali arsenide. Trong phương pháp này, nguyên liệu thô được nung nóng đến trạng thái nóng chảy trong nồi nấu kim loại và sau đó được làm lạnh từ từ để tạo thành một tinh thể đơn lẻ. Phương pháp Bridgman có thể kiểm soát tốc độ và hướng phát triển của tinh thể và phù hợp để sản xuất các chất bán dẫn phức hợp.

3.1.3 Epitaxy chùm phân tử (MBE)

Epit Wax chùm phân tử là công nghệ được sử dụng để phát triển các lớp bán dẫn siêu mỏng trên các chất nền. Nó hình thành các lớp tinh thể chất lượng cao bằng cách điều khiển chính xác các chùm phân tử của các nguyên tố khác nhau trong môi trường chân không cực cao và lắng đọng chúng từng lớp trên đế. Công nghệ MBE đặc biệt phù hợp để chế tạo các chấm lượng tử có độ chính xác cao và các cấu trúc tiếp xúc dị thể siêu mỏng.

3.1.4 Lắng đọng hơi hóa học (CVD)

Lắng đọng hơi hóa học là công nghệ lắng đọng màng mỏng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chất bán dẫn và các vật liệu hiệu suất cao khác. CVD phân hủy tiền chất dạng khí và lắng đọng chúng trên bề mặt chất nền để tạo thành màng rắn. Công nghệ CVD có thể tạo ra các màng có độ dày và thành phần được kiểm soát cao, rất phù hợp để chế tạo các thiết bị phức tạp.

3.2 Cắt và đánh bóng wafer

3.2.1 Công nghệ cắt wafer silicon

Sau khi quá trình phát triển tinh thể hoàn tất, tinh thể lớn sẽ được cắt thành những lát mỏng để trở thành tấm wafer. Cắt wafer silicon thường sử dụng lưỡi cưa kim cương hoặc công nghệ cưa dây để đảm bảo độ chính xác khi cắt và giảm tổn thất vật liệu. Quá trình cắt cần được kiểm soát chính xác để đảm bảo độ dày và độ phẳng bề mặt của tấm bán dẫn đáp ứng yêu cầu.

-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -----------------------------------------

VeTek Semiconductor là nhà sản xuất chuyên nghiệp của Trung QuốcTấm wafer SiC loại p trục 4°, Chất nền SiC loại 4H N, VàChất nền SiC loại bán cách điện 4H.  VeTek Semiconductor cam kết cung cấp các giải pháp tiên tiến cho nhiều loạiBánh quế SiCsản phẩm cho ngành công nghiệp bán dẫn. 

Nếu bạn quan tâm đếnTấm nền bán dẫnh, vui lòng liên hệ trực tiếp với chúng tôi.

Đám đông: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com