វត្ថុធាតុដើមសំខាន់ៗសម្រាប់ការផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក៖ ប្រភេទនៃស្រទាប់ខាងក្រោមបន្ទះសៀគ្វី

ស្រទាប់​ស្តើង​ជា​សម្ភារៈ​សំខាន់ៗ​ក្នុង​ឧបករណ៍​អេឡិចត្រូនិក

ស្រទាប់​វ៉ាហ្វឺរ គឺជា​ឧបករណ៍​ផ្ទុក​រូបវន្ត​របស់​ឧបករណ៍​ស៊ីមីកុងដុកទ័រ ហើយ​លក្ខណៈសម្បត្តិ​សម្ភារៈ​របស់​វា​កំណត់​ដោយ​ផ្ទាល់​នូវ​ដំណើរការ តម្លៃ និង​វិស័យ​កម្មវិធី​របស់​ឧបករណ៍។ ខាងក្រោម​នេះ​គឺជា​ប្រភេទ​ស្រទាប់​វ៉ាហ្វឺរ​សំខាន់ៗ រួម​ជាមួយ​នឹង​គុណសម្បត្តិ និង​គុណវិបត្តិ​របស់​វា៖

1.ស៊ីលីកុន (Si)

• ចំណែកទីផ្សារ៖មានចំនួនជាង 95% នៃទីផ្សារស៊ីមីកុងដុកទ័រសកល។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • តម្លៃទាប៖វត្ថុធាតុដើម​ច្រើន​សន្ធឹកសន្ធាប់ (ស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត) ដំណើរការផលិត​ដែលមានភាពចាស់ទុំ និងសេដ្ឋកិច្ចទ្រង់ទ្រាយធំខ្លាំង។

  • ភាពឆបគ្នាខ្ពស់នៃដំណើរការ៖បច្ចេកវិទ្យា CMOS មានភាពចាស់ទុំខ្ពស់ ដោយគាំទ្រដល់ណូតកម្រិតខ្ពស់ (ឧទាហរណ៍ 3nm)។

  • គុណភាពគ្រីស្តាល់ល្អឥតខ្ចោះ៖បន្ទះ​ស្តើង​ដែល​មាន​អង្កត់ផ្ចិត​ធំ (ភាគច្រើន​ទំហំ 12 អ៊ីញ 18 អ៊ីញ​កំពុង​អភិវឌ្ឍ) ដែល​មាន​ដង់ស៊ីតេ​ពិការភាព​ទាប​អាច​ដាំដុះ​បាន។

  • លក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចដែលមានស្ថេរភាព៖ងាយស្រួលកាត់ ប៉ូលា និងកាន់។

• គុណវិបត្តិ៖

  • គម្លាត​កម្រិត​បញ្ជូន​តូចចង្អៀត (1.12 eV):ចរន្តលេចធ្លាយខ្ពស់នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ដែលកំណត់ប្រសិទ្ធភាពឧបករណ៍ថាមពល។

  • គម្លាត​កម្រិត​បញ្ជូន​ដោយ​ប្រយោល៖ប្រសិទ្ធភាព​នៃ​ការ​បញ្ចេញ​ពន្លឺ​ទាប​ខ្លាំង មិន​ស័ក្តិសម​សម្រាប់​ឧបករណ៍​អុបតូ​អេឡិចត្រូនិក​ដូចជា LED និង​ឡាស៊ែរ​ទេ។

  • ចលនាអេឡិចត្រុងមានកំណត់៖ដំណើរការប្រេកង់ខ្ពស់ទាបជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងស៊ីមីកុងដុកទ័រសមាសធាតុ។
    

2.ហ្គាលីញ៉ូម អាសេនិត (GaAs)

• កម្មវិធី៖ឧបករណ៍ RF ប្រេកង់ខ្ពស់ (5G/6G) ឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិច (ឡាស៊ែរ កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ)។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • ចល័តភាពអេឡិចត្រុងខ្ពស់ (5–6 ដងនៃស៊ីលីកុន):ស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីល្បឿនលឿន និងប្រេកង់ខ្ពស់ ដូចជាការទំនាក់ទំនងរលកមីលីម៉ែត្រ។

  • គម្លាត​កម្រិត​បញ្ជូន​ផ្ទាល់ (1.42 eV):ការបម្លែងពន្លឺដោយប្រើពន្លឺប្រភេទ photoelectric ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ដែលជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឡាស៊ែរអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ និង LED។

  • ភាពធន់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងវិទ្យុសកម្ម៖ស័ក្តិសមសម្រាប់បរិយាកាសអវកាស និងបរិស្ថានដ៏អាក្រក់។

• គុណវិបត្តិ៖

  • តម្លៃខ្ពស់៖សម្ភារៈ​កម្រ គ្រីស្តាល់​ពិបាក​លូតលាស់ (ងាយ​នឹង​បាក់​ឆ្អឹង) ទំហំ​បន្ទះ​មាន​កំណត់ (ភាគច្រើន​ទំហំ 6 អ៊ីញ)។

  • មេកានិចផុយស្រួយ៖ងាយ​នឹង​បាក់ ដែល​បណ្តាល​ឱ្យ​ទិន្នផល​កែច្នៃ​ទាប។

  • ជាតិពុល៖អាសេនិចតម្រូវឱ្យមានការគ្រប់គ្រងយ៉ាងតឹងរ៉ឹង និងការគ្រប់គ្រងបរិស្ថាន។

3. ស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ (SiC)

• កម្មវិធី៖ឧបករណ៍ថាមពលសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងវ៉ុលខ្ពស់ (ឧបករណ៍បម្លែង EV ស្ថានីយសាកថ្ម) អាកាសចរណ៍។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • គម្លាត​កម្រិត​បញ្ជូន​ធំទូលាយ (3.26 eV):កម្លាំងបំបែកខ្ពស់ (10 ដងនៃស៊ីលីកុន) ធន់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (សីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការ >200 °C)។

  • ចរន្តកំដៅខ្ពស់ (≈3× ស៊ីលីកុន):ការរលាយកំដៅដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ដែលអាចឱ្យមានដង់ស៊ីតេថាមពលប្រព័ន្ធខ្ពស់ជាង។

  • ការបាត់បង់ការប្តូរទាប៖បង្កើនប្រសិទ្ធភាពបំលែងថាមពល។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ការរៀបចំស្រទាប់ខាងក្រោមដែលពិបាក៖ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់យឺត (>1 សប្តាហ៍) ពិបាកគ្រប់គ្រងពិការភាព (បំពង់តូចៗ ការផ្លាស់ទីតាំង) តម្លៃខ្ពស់ខ្លាំង (ស៊ីលីកុន 5–10 ដង)។

  • ទំហំបន្ទះសៀគ្វីតូច៖ភាគច្រើន ៤-៦ អ៊ីញ; ៨ អ៊ីញនៅតែស្ថិតក្នុងដំណាក់កាលអភិវឌ្ឍន៍។

  • ពិបាកដំណើរការ៖រឹងខ្លាំង (Mohs 9.5) ដែលធ្វើឱ្យការកាត់ និងប៉ូលាចំណាយពេលច្រើន។

4. ហ្គាលីញ៉ូម នីទ្រីត (GaN)

• កម្មវិធី៖ឧបករណ៍ថាមពលប្រេកង់ខ្ពស់ (សាកថ្មលឿន ស្ថានីយ៍មូលដ្ឋាន 5G) អំពូល LED/ឡាស៊ែរពណ៌ខៀវ។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • ចល័តភាពអេឡិចត្រុងខ្ពស់ខ្លាំង + គម្លាតប្រេកង់ធំទូលាយ (3.4 eV):រួមបញ្ចូលគ្នានូវប្រេកង់ខ្ពស់ (>100 GHz) និងដំណើរការវ៉ុលខ្ពស់។

  • ភាពធន់នឹងចរន្តទាប៖កាត់បន្ថយការបាត់បង់ថាមពលឧបករណ៍។

  • ឆបគ្នាជាមួយ Heteroepitaxy៖ដាំដុះជាទូទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុន ត្បូងកណ្តៀង ឬ SiC ដែលកាត់បន្ថយថ្លៃដើម។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់តែមួយដុំច្រើនពិបាក៖Heteroepitaxy គឺជារឿងសំខាន់ ប៉ុន្តែ lattice mismatch បង្កឱ្យមានពិការភាព។

  • តម្លៃខ្ពស់៖ស្រទាប់​ខាងក្រោម GaN ដើម​មាន​តម្លៃ​ថ្លៃ​ណាស់ (បន្ទះ​ស្តើង​ទំហំ 2 អ៊ីញ​អាច​មាន​តម្លៃ​រាប់​ពាន់​ដុល្លារ)។

  • បញ្ហាប្រឈមនៃភាពជឿជាក់៖បាតុភូតដូចជាការដួលរលំបច្ចុប្បន្នតម្រូវឱ្យមានការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង។

5. អ៊ីនដ្យូមផូស្វ័រ (InP)

• កម្មវិធី៖ការទំនាក់ទំនងអុបទិកល្បឿនលឿន (ឡាស៊ែរ ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ) ឧបករណ៍តេរ៉ាហឺត។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • ចល័តភាពអេឡិចត្រុងខ្ពស់ខ្លាំង៖គាំទ្រប្រតិបត្តិការ >100 GHz ដែលមានដំណើរការល្អជាង GaAs។

  • គម្លាត​កម្រិត​បញ្ជូន​ដោយ​ផ្ទាល់​ជាមួយ​នឹង​ការ​ផ្គូផ្គង​រលក​ពន្លឺ៖សម្ភារៈស្នូលសម្រាប់ទំនាក់ទំនងខ្សែកាបអុបទិក 1.3–1.55 μm។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ផុយស្រួយ និងថ្លៃណាស់៖តម្លៃស្រទាប់ខាងក្រោមលើសពី 100× ស៊ីលីកុន ទំហំបន្ទះស្តើងមានកំណត់ (4–6 អ៊ីញ)។

៦. ត្បូងកណ្តៀង (Al₂O₃)

• កម្មវិធី៖ភ្លើង LED (ស្រទាប់​ខាងក្រោម GaN epitaxial) កញ្ចក់​គ្រប​គ្រឿង​អេឡិចត្រូនិក​សម្រាប់​ប្រើប្រាស់​ប្រចាំថ្ងៃ។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • តម្លៃទាប៖ថោកជាងស្រទាប់ខាងក្រោម SiC/GaN ច្រើន។

  • ស្ថេរភាពគីមីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ៖ធន់នឹងការច្រេះ មានអ៊ីសូឡង់ខ្ពស់។

  • តម្លាភាព៖សមស្របសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធ LED បញ្ឈរ។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើធំជាមួយ GaN (>13%)៖បណ្តាលឱ្យមានដង់ស៊ីតេពិការភាពខ្ពស់ ដែលតម្រូវឱ្យមានស្រទាប់ទ្រនាប់។

  • ចរន្តកំដៅទាប (~1/20 នៃស៊ីលីកុន):កំណត់ដំណើរការរបស់ LED ថាមពលខ្ពស់។

7. ស្រទាប់សេរ៉ាមិច (AlN, BeO ជាដើម)

• កម្មវិធី៖ឧបករណ៍​បំបែក​កំដៅ​សម្រាប់​ម៉ូឌុល​ថាមពល​ខ្ពស់។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • អ៊ីសូឡង់ + ចរន្តកំដៅខ្ពស់ (AlN: 170–230 W/m·K):ស័ក្តិសមសម្រាប់ការវេចខ្ចប់ដង់ស៊ីតេខ្ពស់។

• គុណវិបត្តិ៖

  • គ្រីស្តាល់មិនមែនតែមួយ៖មិនអាចគាំទ្រដល់ការលូតលាស់ឧបករណ៍ដោយផ្ទាល់បានទេ ប្រើជាស្រទាប់ខាងក្រោមវេចខ្ចប់តែប៉ុណ្ណោះ។

8. ស្រទាប់ពិសេស

• SOI (ស៊ីលីកុនលើអ៊ីសូឡង់):

  • រចនាសម្ព័ន្ធ៖ស៊ីលីកុន/SiO₂/សាំងវិចស៊ីលីកុន។

  • គុណសម្បត្តិ៖កាត់បន្ថយសមត្ថភាពប៉ារ៉ាស៊ីត ការពង្រឹងដោយវិទ្យុសកម្ម និងការបង្ក្រាបការលេចធ្លាយ (ប្រើក្នុង RF, MEMS)។

  • គុណវិបត្តិ៖ថ្លៃជាងស៊ីលីកុនភាគច្រើន ៣០-៥០%។

• រ៉ែថ្មខៀវ (SiO₂):ប្រើក្នុង photomasks និង MEMS; ធន់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ប៉ុន្តែផុយស្រួយខ្លាំង។

• ពេជ្រ៖ស្រទាប់​ខាងក្រោម​ដែលមាន​ចរន្តកំដៅខ្ពស់បំផុត (>2000 W/m·K) ក្រោម​ការស្រាវជ្រាវ និង​អភិវឌ្ឍន៍ (R&D) សម្រាប់ការរលាយកំដៅខ្លាំង។

តារាងសង្ខេបប្រៀបធៀប

កត្តាសំខាន់ៗសម្រាប់ការជ្រើសរើសស្រទាប់ខាងក្រោម

• តម្រូវការ​ប្រតិបត្តិការ៖GaAs/InP សម្រាប់ប្រេកង់ខ្ពស់; SiC សម្រាប់វ៉ុលខ្ពស់ សីតុណ្ហភាពខ្ពស់; GaAs/InP/GaN សម្រាប់អុបតូអេឡិចត្រូនិច។

• ការរឹតបន្តឹងលើការចំណាយ៖គ្រឿងអេឡិចត្រូនិចប្រើប្រាស់ពេញនិយមចំពោះស៊ីលីកុន; វាលកម្រិតខ្ពស់អាចបង្ហាញអំពីភាពត្រឹមត្រូវនៃតម្លៃ SiC/GaN។

• ភាពស្មុគស្មាញនៃការរួមបញ្ចូល៖ស៊ីលីកុននៅតែមិនអាចជំនួសបានសម្រាប់ភាពឆបគ្នានៃ CMOS។

• ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ៖កម្មវិធីថាមពលខ្ពស់ចូលចិត្ត SiC ឬ GaN ដែលមានមូលដ្ឋានលើពេជ្រ។

• ភាពចាស់ទុំនៃខ្សែសង្វាក់ផ្គត់ផ្គង់៖Si > Sapphire > GaAs > SiC > GaN > InP.

និន្នាការនាពេលអនាគត

ការធ្វើសមាហរណកម្ម​ដ៏​ខុស​គ្នា (ឧទាហរណ៍ GaN-on-Si, GaN-on-SiC) នឹង​ធ្វើ​ឲ្យ​មាន​តុល្យភាព​រវាង​ដំណើរការ និង​ថ្លៃដើម ដែល​ជំរុញ​ឲ្យ​មាន​វឌ្ឍនភាព​ក្នុង​បច្ចេកវិទ្យា 5G យានយន្ត​អគ្គិសនី និង​កុំព្យូទ័រ​កង់ទិច។