វត្ថុធាតុដើមសំខាន់ៗសម្រាប់ផលិតកម្ម Semiconductor: ប្រភេទនៃស្រទាប់ខាងក្រោម Wafer

ស្រទាប់ខាងក្រោម Wafer ជាសម្ភារៈសំខាន់នៅក្នុងឧបករណ៍ Semiconductor

ស្រទាប់ខាងក្រោម wafer គឺជាក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនរាងកាយនៃឧបករណ៍ semiconductor ហើយលក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈរបស់វាកំណត់ដោយផ្ទាល់នូវប្រតិបត្តិការ ការចំណាយ និងវាលកម្មវិធី។ ខាងក្រោមនេះគឺជាប្រភេទចម្បងនៃស្រទាប់ខាងក្រោម wafer រួមជាមួយនឹងគុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិរបស់វា៖

1.ស៊ីលីកុន (ស៊ី)

• ចំណែកទីផ្សារ៖គណនីសម្រាប់ជាង 95% នៃទីផ្សារ semiconductor ពិភពលោក។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • តម្លៃទាប៖វត្ថុធាតុដើមច្រើនក្រៃលែង (ស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត) ដំណើរការផលិតចាស់ទុំ និងសេដ្ឋកិច្ចរឹងមាំនៃមាត្រដ្ឋាន។

  • ភាពឆបគ្នានៃដំណើរការខ្ពស់៖បច្ចេកវិទ្យា CMOS មានភាពចាស់ទុំខ្ពស់ គាំទ្រថ្នាំងកម្រិតខ្ពស់ (ឧ. 3nm) ។

  • គុណភាពគ្រីស្តាល់ដ៏អស្ចារ្យ៖វ៉ាហ្វឺរដែលមានអង្កត់ផ្ចិតធំ (ជាចម្បង 12 អ៊ីញ 18 អ៊ីញកំពុងអភិវឌ្ឍ) ដែលមានដង់ស៊ីតេទាបអាចត្រូវបានដាំដុះ។

  • លក្ខណៈមេកានិចមានស្ថេរភាព៖ងាយស្រួលកាត់ ប៉ូលា និងដោះស្រាយ។

• គុណវិបត្តិ៖

  • គម្លាតកម្រិតតូច (1.12 eV)៖ចរន្តលេចធ្លាយខ្ពស់នៅសីតុណ្ហភាពកើនឡើង កំណត់ប្រសិទ្ធភាពឧបករណ៍ថាមពល។

  • គម្លាតដោយប្រយោល៖ប្រសិទ្ធភាពនៃការបំភាយពន្លឺទាបខ្លាំង មិនស័ក្តិសមសម្រាប់ឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិចដូចជា LEDs និងឡាស៊ែរ។

  • ការចល័តអេឡិចត្រុងមានកំណត់៖ដំណើរការប្រេកង់ខ្ពស់ទាបជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងសមាសធាតុ semiconductors ។
    

2.Gallium Arsenide (GaAs)

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

• គុណសម្បត្តិ៖

  • ការចល័តអេឡិចត្រុងខ្ពស់ (5-6 × ស៊ីលីកុន):ស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីដែលមានល្បឿនលឿន និងប្រេកង់ខ្ពស់ដូចជាការទំនាក់ទំនងរលកមីលីម៉ែត្រ។

  • គម្លាតផ្ទាល់ (1.42 eV)៖ការបម្លែង photoelectric ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ មូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឡាស៊ែរអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ និង LEDs ។

  • សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងធន់នឹងវិទ្យុសកម្ម៖សាកសមសម្រាប់លំហអាកាស និងបរិយាកាសដ៏អាក្រក់។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ការចំណាយខ្ពស់៖សម្ភារៈខ្វះខាត ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ពិបាក (ងាយនឹងផ្លាស់ទីលំនៅ) ទំហំ wafer មានកំណត់ (ជាចម្បង 6 អ៊ីញ)។

  • មេកានិចផុយស្រួយ៖ងាយនឹងប្រេះស្រាំ នាំឱ្យទិន្នផលដំណើរការទាប។

  • ជាតិពុល៖អាសេនិចតម្រូវឱ្យមានការគ្រប់គ្រងយ៉ាងតឹងរ៉ឹង និងការគ្រប់គ្រងបរិស្ថាន។

3. Silicon Carbide (SiC)

• កម្មវិធី៖ឧបករណ៍ថាមពលដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងវ៉ុលខ្ពស់ (EV អាំងវឺតទ័រ ស្ថានីយសាកថ្ម) លំហអាកាស។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • គម្លាតធំទូលាយ (3.26 eV):កម្លាំងបំបែកខ្ពស់ (10 × ស៊ីលីកុន) ធន់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (សីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការ> 200 °C) ។

  • ចរន្តកំដៅខ្ពស់ (≈3 × ស៊ីលីកុន)៖ការសាយភាយកំដៅបានល្អ ធ្វើអោយដង់ស៊ីតេថាមពលប្រព័ន្ធកាន់តែខ្ពស់។

  • ការបាត់បង់ការផ្លាស់ប្តូរទាប៖បង្កើនប្រសិទ្ធភាពបំប្លែងថាមពល។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ការរៀបចំស្រទាប់ខាងក្រោមពិបាក៖ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់យឺត (> 1 សប្តាហ៍) ការគ្រប់គ្រងពិការភាពពិបាក (មីក្រូបំពង់ ការផ្លាស់ទីលំនៅ) ការចំណាយខ្ពស់ខ្លាំង (5-10 × ស៊ីលីកុន) ។

  • ទំហំ wafer តូច:ភាគច្រើន 4-6 អ៊ីញ; 8 អ៊ីញនៅតែស្ថិតក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍។

  • ពិបាកក្នុងការដំណើរការ៖រឹងខ្លាំង (Mohs 9.5) ធ្វើឱ្យការកាត់ និងប៉ូលា ចំណាយពេលច្រើន។

4. Gallium Nitride (GaN)

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

• គុណសម្បត្តិ៖

  • ការចល័តអេឡិចត្រុងខ្ពស់ខ្លាំង + គម្លាតធំទូលាយ (3.4 eV)៖រួមបញ្ចូលគ្នានូវប្រេកង់ខ្ពស់ (> 100 GHz) និងដំណើរការវ៉ុលខ្ពស់។

  • ភាពធន់ទ្រាំទាប៖កាត់បន្ថយការបាត់បង់ថាមពលឧបករណ៍។

  • Heteroepitaxy ឆបគ្នា៖ជាទូទៅត្រូវបានដាំដុះនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុន ត្បូងកណ្តៀង ឬ SiC កាត់បន្ថយការចំណាយ។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ការលូតលាស់គ្រីស្តាល់តែមួយដុំពិបាក៖Heteroepitaxy គឺជាចរន្តចម្បង ប៉ុន្តែភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើបង្ហាញពីពិការភាព។

  • ការចំណាយខ្ពស់៖ស្រទាប់ខាងក្រោម GaN ដើមមានតម្លៃថ្លៃណាស់ (ក្រដាស់ទំហំ 2 អ៊ីញអាចចំណាយអស់ជាច្រើនពាន់ដុល្លារ)។

  • បញ្ហាប្រឈមនៃភាពជឿជាក់៖បាតុភូតដូចជាការដួលរលំបច្ចុប្បន្នតម្រូវឱ្យមានការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព។

5. ផូស្វ៊ីតឥណ្ឌា (InP)

• កម្មវិធី៖ការទំនាក់ទំនងអុបទិកល្បឿនលឿន (ឡាស៊ែរ ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព) ឧបករណ៍ terahertz ។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • ការចល័តអេឡិចត្រុងខ្ពស់៖គាំទ្រប្រតិបត្តិការ > 100 GHz ដែលដំណើរការលើសពី GaAs ។

  • bandgap ផ្ទាល់ជាមួយនឹងការផ្គូផ្គងរលក៖សម្ភារៈស្នូលសម្រាប់ទំនាក់ទំនងខ្សែកាបអុបទិក 1.3-1.55 μm។

• គុណវិបត្តិ៖

  • ផុយហើយថ្លៃណាស់៖តម្លៃស្រទាប់ខាងក្រោមលើសពី 100 × ស៊ីលីកុន ទំហំ wafer មានកំណត់ (4-6 អ៊ីញ) ។

6. ត្បូងកណ្តៀង (Al₂O₃)

• កម្មវិធី៖អំពូល LED (ស្រទាប់ខាងក្រោម GaN epitaxial) គម្របកញ្ចក់អេឡិចត្រូនិក។

• គុណសម្បត្តិ៖

  • តម្លៃទាប៖ថោកជាងស្រទាប់ខាងក្រោម SiC/GaN ច្រើន។

  • ស្ថេរភាពគីមីដ៏អស្ចារ្យ៖ធន់នឹងការ corrosion, អ៊ីសូឡង់ខ្ពស់។

  • តម្លាភាព៖សាកសមសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធ LED បញ្ឈរ។

• គុណវិបត្តិ៖

  • បន្ទះឈើធំមិនត្រូវគ្នាជាមួយ GaN (> 13%)៖បណ្តាលឱ្យមានដង់ស៊ីតេពិការភាពខ្ពស់ដែលតម្រូវឱ្យមានស្រទាប់សតិបណ្ដោះអាសន្ន។

  • ចរន្តកំដៅខ្សោយ (~1/20 នៃស៊ីលីកុន)៖កំណត់ដំណើរការនៃ LEDs ថាមពលខ្ពស់។

7. ស្រទាប់ខាងក្រោមសេរ៉ាមិច (AlN, BeO ជាដើម)

• កម្មវិធី៖ឧបករណ៍បំលែងកំដៅសម្រាប់ម៉ូឌុលថាមពលខ្ពស់។

• គុណសម្បត្តិ៖

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

• គុណវិបត្តិ៖

  • មិនមែនគ្រីស្តាល់តែមួយ៖មិន​អាច​គាំទ្រ​កំណើន​ឧបករណ៍​ដោយ​ផ្ទាល់​បាន​ទេ ប្រើ​តែ​ជា​ស្រទាប់​ខាងក្រោម​វេចខ្ចប់។

8. ស្រទាប់ខាងក្រោមពិសេស

• SOI (ស៊ីលីកុននៅលើអ៊ីសូឡង់):

  • រចនាសម្ព័ន្ធ៖ស៊ីលីកុន / ស៊ីអូ₂ / ស៊ីលីកុនសាំងវិច។

  • គុណសម្បត្តិ៖កាត់បន្ថយសមត្ថភាពប៉ារ៉ាស៊ីត វិទ្យុសកម្មរឹង ការទប់ស្កាត់ការលេចធ្លាយ (ប្រើក្នុង RF, MEMS)។

  • គុណវិបត្តិ៖30-50% ថ្លៃជាងស៊ីលីកុនច្រើន។

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

• ពេជ្រ៖ស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់បំផុត (> 2000 W/m·K) ក្រោម R&D សម្រាប់ការបញ្ចេញកំដៅខ្លាំង។

តារាងសង្ខេបប្រៀបធៀប

កត្តាសំខាន់ៗសម្រាប់ការជ្រើសរើសស្រទាប់ខាងក្រោម

• តម្រូវការការអនុវត្ត៖GaAs/InP សម្រាប់ប្រេកង់ខ្ពស់; SiC សម្រាប់វ៉ុលខ្ពស់ សីតុណ្ហភាពខ្ពស់; GaAs/InP/GaN សម្រាប់អុបតូអេឡិចត្រូនិច។

• ដែនកំណត់ចំណាយ៖អ្នកប្រើប្រាស់អេឡិចត្រូនិកពេញចិត្តស៊ីលីកុន; វាលកម្រិតខ្ពស់អាចបញ្ជាក់ពីបុព្វលាភរបស់ SiC/GaN ។

• ភាពស្មុគស្មាញនៃការរួមបញ្ចូល៖ស៊ីលីកុននៅតែមិនអាចជំនួសបានសម្រាប់ភាពឆបគ្នា CMOS ។

• ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ៖កម្មវិធីថាមពលខ្ពស់ចូលចិត្ត SiC ឬ GaN ផ្អែកលើពេជ្រ។

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

និន្នាការនាពេលអនាគត

ការធ្វើសមាហរណកម្មមិនទៀងទាត់ (ឧ. GaN-on-Si, GaN-on-SiC) នឹងធ្វើឱ្យមានតុល្យភាពរវាងការអនុវត្ត និងការចំណាយ ជំរុញឱ្យមានការជឿនលឿនក្នុង 5G រថយន្តអគ្គិសនី និងការគណនាកង់ទិច។