ស្រទាប់​ខាងក្រោម​ឧបករណ៍​អេឡិចត្រូនិក និង Epitaxy៖ មូលដ្ឋានគ្រឹះ​បច្ចេកទេស​នៅ​ពីក្រោយ​ឧបករណ៍​ថាមពល និង RF ទំនើប

វឌ្ឍនភាព​នៃ​បច្ចេកវិទ្យា​ស៊ីមីកុងដុកទ័រ​ត្រូវ​បាន​កំណត់​កាន់តែ​ច្បាស់​ដោយ​ការ​ទម្លាយ​ភាព​ជឿនលឿន​ក្នុង​វិស័យ​សំខាន់​ពីរ៖ស្រទាប់ខាងក្រោមនិងស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីលសមាសធាតុទាំងពីរនេះធ្វើការរួមគ្នាដើម្បីកំណត់ដំណើរការអគ្គិសនី កម្ដៅ និងភាពជឿជាក់នៃឧបករណ៍ទំនើបៗដែលប្រើក្នុងយានយន្តអគ្គិសនី ស្ថានីយ៍មូលដ្ឋាន 5G គ្រឿងអេឡិចត្រូនិចប្រើប្រាស់ និងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងអុបទិក។

ខណៈពេលដែលស្រទាប់ខាងក្រោមផ្តល់នូវមូលដ្ឋានគ្រឹះរូបវន្ត និងគ្រីស្តាល់ ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីលបង្កើតជាស្នូលមុខងារដែលឥរិយាបថប្រេកង់ខ្ពស់ ថាមពលខ្ពស់ ឬអុបតូអេឡិចត្រូនិចត្រូវបានរចនាឡើង។ ភាពឆបគ្នារបស់ពួកវា - ការតម្រឹមគ្រីស្តាល់ ការពង្រីកកម្ដៅ និងលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនី - គឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ ការប្តូរលឿនជាងមុន និងការសន្សំសំចៃថាមពលកាន់តែច្រើន។

អត្ថបទនេះពន្យល់ពីរបៀបដែលស្រទាប់ខាងក្រោម និងបច្ចេកវិទ្យា epitaxial ដំណើរការ ហេតុអ្វីបានជាវាសំខាន់ និងរបៀបដែលវាកំណត់អនាគតនៃសម្ភារៈ semiconductor ដូចជា...Si, GaN, GaAs, sapphire និង SiC.

១. តើ​អ្វី​ទៅ​ជាស្រទាប់​ខាងក្នុង​ឧបករណ៍​អេឡិចត្រូនិក?

ស្រទាប់​ខាងក្រោម​គឺជា “វេទិកា” គ្រីស្តាល់តែមួយដែលឧបករណ៍មួយត្រូវបានសាងសង់នៅលើ។ វាផ្តល់នូវការគាំទ្ររចនាសម្ព័ន្ធ ការរលាយកំដៅ និងគំរូអាតូមិចដែលចាំបាច់សម្រាប់ការលូតលាស់ epitaxial ដែលមានគុណភាពខ្ពស់។

មុខងារសំខាន់ៗនៃស្រទាប់ខាងក្រោម

• ការគាំទ្រមេកានិច៖ធានាថាឧបករណ៍នៅតែមានស្ថេរភាពខាងរចនាសម្ព័ន្ធក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ និងប្រតិបត្តិការ។

• គំរូគ្រីស្តាល់៖ណែនាំស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីឱ្យលូតលាស់ជាមួយបណ្តាញអាតូមដែលតម្រឹមគ្នា ដោយកាត់បន្ថយពិការភាព។

• តួនាទីអគ្គិសនី៖អាចចម្លងចរន្តអគ្គិសនី (ឧ. Si, SiC) ឬបម្រើជាអ៊ីសូឡង់ (ឧ. ត្បូងកណ្តៀង)។

សម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោមទូទៅ

របៀបដែលស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានផលិត

1. ការបន្សុទ្ធសម្ភារៈ៖ស៊ីលីកុន ឬសមាសធាតុផ្សេងទៀតត្រូវបានចម្រាញ់ដល់ភាពបរិសុទ្ធបំផុត។

2. ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់តែមួយ៖

   • ហ្សូចរ៉ាល់ស្គី (ឆែក)- វិធីសាស្ត្រទូទៅបំផុតសម្រាប់ស៊ីលីកុន។

   • តំបន់អណ្តែត (FZ)- ផលិតគ្រីស្តាល់ដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់បំផុត។

3. ការកាត់ និងប៉ូលាបន្ទះសៀគ្វី៖ប៊ូល​ត្រូវ​បាន​កាត់​ជា​បន្ទះ​ស្តើងៗ ហើយ​ប៉ូលា​ឲ្យ​រលោង​ដូច​អាតូម។

4. ការសម្អាត និងការត្រួតពិនិត្យ៖ការដកយកសារធាតុបំពុលចេញ និងពិនិត្យមើលដង់ស៊ីតេនៃពិការភាព។

បញ្ហាប្រឈមផ្នែកបច្ចេកទេស

សម្ភារៈ​ទំនើបៗ​មួយ​ចំនួន ជាពិសេស SiC ពិបាក​ផលិត​ដោយសារ​តែ​ការលូតលាស់​គ្រីស្តាល់​យឺត​ខ្លាំង (ត្រឹមតែ 0.3–0.5 មីលីម៉ែត្រ/ម៉ោង) តម្រូវការ​គ្រប់គ្រង​សីតុណ្ហភាព​តឹងរ៉ឹង និង​ការខាតបង់​ការ​កាត់​ច្រើន (ការខាតបង់​ kerf SiC អាច​ឡើង​ដល់ >70%)។ ភាពស្មុគស្មាញ​នេះ​គឺជា​ហេតុផល​មួយ​ដែល​សម្ភារៈ​ជំនាន់​ទីបី​នៅតែ​មាន​តម្លៃ​ថ្លៃ។

2. តើស្រទាប់ Epitaxial ជាអ្វី?

ការលូតលាស់ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីលមានន័យថា ការដាក់ស្រទាប់គ្រីស្តាល់តែមួយស្តើង មានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម ជាមួយនឹងទិសដៅបន្ទះឈើដែលតម្រឹមគ្នាយ៉ាងល្អឥតខ្ចោះ។

ស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីកំណត់ឥរិយាបថអគ្គិសនីនៃឧបករណ៍ចុងក្រោយ។

ហេតុអ្វីបានជា Epitaxy មានសារៈសំខាន់

• បង្កើនភាពបរិសុទ្ធនៃគ្រីស្តាល់

• អនុញ្ញាតឱ្យមានទម្រង់ការប្រើប្រាស់សារធាតុញៀនផ្ទាល់ខ្លួន

• កាត់បន្ថយការរីករាលដាលនៃពិការភាពស្រទាប់ខាងក្រោម

• បង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធ hetero ដែលបានរចនាឡើងដូចជាអណ្តូង quantum, HEMTs និង superlattices

បច្ចេកវិទ្យា Epitaxy សំខាន់ៗ

ប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់ៗនៅក្នុង Epitaxy

• កម្រាស់ស្រទាប់៖ណាណូម៉ែត្រសម្រាប់អណ្តូងកង់ទិច រហូតដល់ 100 μm សម្រាប់ឧបករណ៍ថាមពល។

• ការប្រើប្រាស់សារធាតុញៀន៖កែតម្រូវកំហាប់សារធាតុផ្ទុកតាមរយៈការណែនាំភាពមិនបរិសុទ្ធឲ្យបានច្បាស់លាស់។

• គុណភាព​ចំណុច​ប្រទាក់៖ត្រូវតែកាត់បន្ថយការផ្លាស់ទីតាំង និងភាពតានតឹងពីភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឆ្អឹង។

បញ្ហាប្រឈមនៅក្នុង Heteroepitaxy

• ភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើ៖ឧទាហរណ៍ ភាពមិនស៊ីគ្នានៃ GaN និង sapphire គឺប្រហែល 13%។

• ភាពមិនស៊ីគ្នានៃការពង្រីកកម្ដៅ៖អាចបណ្តាលឱ្យប្រេះក្នុងពេលត្រជាក់។

• ការគ្រប់គ្រងកំហុស៖តម្រូវឱ្យមានស្រទាប់សតិបណ្ដោះអាសន្ន ស្រទាប់ដែលបានដាក់ថ្នាក់ ឬស្រទាប់បង្កើតនុយក្លេអ៊ែរ។

៣. របៀបដែលស្រទាប់ខាងក្រោម និងអេពីតាក់ស៊ីធ្វើការជាមួយគ្នា៖ ឧទាហរណ៍ជាក់ស្តែង

អំពូល LED GaN លើ Sapphire

• ត្បូងកណ្តៀងមានតម្លៃថោក និងមានលក្ខណៈអ៊ីសូឡង់។

• ស្រទាប់​សតិបណ្ដោះអាសន្ន (AlN ឬ GaN សីតុណ្ហភាពទាប) កាត់បន្ថយ​ភាពមិនស៊ីគ្នា​នៃ​បន្ទះ​សៀគ្វី។

• អណ្តូង​ពហុ​កង់ទិច (InGaN/GaN) បង្កើត​ជា​តំបន់​បញ្ចេញ​ពន្លឺ​សកម្ម។

• សម្រេចបានដង់ស៊ីតេពិការភាពក្រោម 10⁸ សង់ទីម៉ែត្រ⁻² និងប្រសិទ្ធភាពពន្លឺខ្ពស់។

MOSFET ថាមពល SiC

• ប្រើប្រាស់ស្រទាប់ខាងក្រោម 4H-SiC ដែលមានសមត្ថភាពបំបែកខ្ពស់។

• ស្រទាប់​រសាត់ Epitaxial (10–100 μm) កំណត់​កម្រិត​វ៉ុល។

• ផ្តល់នូវការខាតបង់ចរន្តទាបជាង ~90% បើប្រៀបធៀបទៅនឹងឧបករណ៍ថាមពលស៊ីលីកុន។

ឧបករណ៍ RF GaN-on-Silicon

• ស្រទាប់​ស៊ីលីកុន​កាត់​បន្ថយ​ថ្លៃដើម និង​អនុញ្ញាត​ឱ្យ​មាន​ការ​រួម​បញ្ចូល​ជាមួយ CMOS។

• ស្រទាប់បង្កើតនុយក្លេអ៊ែរ AlN និងសារធាតុសតិបណ្ដោះអាសន្នដែលបានរចនាឡើងគ្រប់គ្រងភាពតានតឹង។

• ប្រើសម្រាប់បន្ទះឈីប PA 5G ដែលដំណើរការក្នុងប្រេកង់រលកមីលីម៉ែត្រ។

៤. ស្រទាប់ខាងក្រោមទល់នឹងអេពីតាក់ស៊ី៖ ភាពខុសគ្នាស្នូល

៥. ទិសដៅដែលបច្ចេកវិទ្យាទាំងនេះកំពុងឆ្ពោះទៅ

ទំហំ​បន្ទះ​ស្តើង​ជាង​មុន

• ស៊ី ប្តូរទៅ ១២ អ៊ីញ

• ការផ្លាស់ប្តូរ SiC ពី 6 អ៊ីញទៅ 8 អ៊ីញ (ការកាត់បន្ថយថ្លៃដើមដ៏សំខាន់)

• អង្កត់ផ្ចិតធំជាងនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវអត្រាលំហូរ និងបន្ថយថ្លៃដើមឧបករណ៍

ការព្យាបាលដោយប្រើ Heteroepitaxy ដែលមានតម្លៃទាប

GaN-on-Si និង GaN-on-sapphire បន្តទទួលបានការចាប់អារម្មណ៍ជាជម្រើសជំនួសស្រទាប់ខាងក្រោម GaN ដើមដែលមានតម្លៃថ្លៃ។

បច្ចេកទេសកាត់ និងលូតលាស់កម្រិតខ្ពស់

• ការ​កាត់​ដោយ​ត្រជាក់​អាច​កាត់​បន្ថយ​ការ​បាត់បង់​ស្នាម​ប្រេះ SiC ពី ~75% ទៅ ~50%។

• ការរចនាឡដែលប្រសើរឡើងបង្កើនទិន្នផល SiC និងឯកសណ្ឋាន។

ការរួមបញ្ចូលមុខងារអុបទិក ថាមពល និង RF

Epitaxy អនុញ្ញាតឱ្យមានអណ្តូងកង់ទិច ស្រទាប់ superlattices និងស្រទាប់ដែលមានភាពតានតឹង ដែលចាំបាច់សម្រាប់ហ្វូតូនិករួមបញ្ចូលគ្នានាពេលអនាគត និងអេឡិចត្រូនិចថាមពលដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

ស្រទាប់​ខាងក្រោម និង​ស្រទាប់​អេពីតាក់ស៊ី​បង្កើត​ជា​ឆ្អឹងខ្នង​បច្ចេកវិទ្យា​នៃ​ឧបករណ៍​អេឡិចត្រូនិក​ទំនើបៗ។ ស្រទាប់​ខាងក្រោម​កំណត់​គ្រឹះ​រូបវន្ត កម្ដៅ និង​គ្រីស្តាល់ ខណៈ​ដែល​ស្រទាប់​អេពីតាក់ស៊ី​កំណត់​មុខងារ​អគ្គិសនី​ដែល​អាច​ឱ្យ​មាន​ដំណើរការ​ឧបករណ៍​កម្រិត​ខ្ពស់​។

ដោយសារតម្រូវការកើនឡើងសម្រាប់ថាមពលខ្ពស់ ប្រេកង់ខ្ពស់ និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ប្រព័ន្ធ​នានា — ចាប់ពី​យានយន្ត​អគ្គិសនី​រហូតដល់​មជ្ឈមណ្ឌល​ទិន្នន័យ — បច្ចេកវិទ្យា​ទាំងពីរ​នេះ​នឹង​បន្ត​វិវឌ្ឍ​ជាមួយគ្នា។ ការច្នៃប្រឌិត​ក្នុង​ទំហំ​បន្ទះ​សៀគ្វី ការគ្រប់គ្រង​កំហុសឆ្គង ភាពខុសគ្នា​នៃ​អេពីតាស៊ី និង​ការលូតលាស់​គ្រីស្តាល់​នឹង​កំណត់​រូបរាង​ជំនាន់​ក្រោយ​នៃ​សម្ភារៈ​ស៊ីមីកុងដុកទ័រ និង​ស្ថាបត្យកម្ម​ឧបករណ៍។