Βασικά Πρώτα Υλικά στην Κατασκευή Ημιαγωγών: Τύποι Υποστρωμάτων Wafer

Τα υποστρώματα Wafer χρησιμεύουν ως οι φυσικοί φορείς των συσκευών ημιαγωγών, με τις ιδιότητες του υλικού τους να επηρεάζουν άμεσα την απόδοση, το κόστος και το πεδίο εφαρμογής της συσκευής. Παρακάτω είναι οι κύριοι τύποι υποστρωμάτων wafer και τα αντίστοιχα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους:

1. Πυρίτιο (Si)

Μερίδιο Αγοράς: Κυριαρχεί πάνω από το 95% της παγκόσμιας αγοράς ημιαγωγών.

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• Χαμηλό Κόστος: Άφθονα πρώτα υλικά (διοξείδιο του πυριτίου) και ώριμες διαδικασίες κατασκευής επιτρέπουν σημαντικές οικονομίες κλίμακας.
• Υψηλή Συμβατότητα Διαδικασίας: Η εξαιρετικά ώριμη τεχνολογία CMOS υποστηρίζει την κατασκευή νανοκλίμακας (π.χ., κόμβοι 3nm).
• Εξαιρετική Ποιότητα Κρυστάλλου: Ικανό να παράγει μεγάλα (12 ιντσών κύρια, 18 ιντσών υπό ανάπτυξη) μονοκρυστάλλους χαμηλών ελαττωμάτων.
• Σταθερές Μηχανικές Ιδιότητες: Εύκολο στην κοπή, στίλβωση και επεξεργασία.

Μειονεκτήματα:

• Στενό Bandgap (1,12 eV): Υψηλό ρεύμα διαρροής σε αυξημένες θερμοκρασίες, περιορίζοντας την απόδοση σε συσκευές ισχύος.
• Έμμεσο Bandgap: Εξαιρετικά χαμηλή απόδοση εκπομπής φωτός, ακατάλληλο για οπτοηλεκτρονικές συσκευές (π.χ., LED, λέιζερ).
• Περιορισμένη Κινητικότητα Ηλεκτρονίων: Κατώτερη απόδοση υψηλής συχνότητας σε σύγκριση με τους σύνθετους ημιαγωγούς.

Wafer πυριτίου της ZMSH

2. Αρσενίδιο Γαλλίου (GaAs)

Εφαρμογές: Συσκευές RF υψηλής συχνότητας (5G/6G), οπτοηλεκτρονικές συσκευές (λέιζερ, ηλιακά κύτταρα).

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• Υψηλή Κινητικότητα Ηλεκτρονίων (5–6× αυτή του πυριτίου): Ιδανικό για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, υψηλής συχνότητας (επικοινωνίες mmWave).
• Άμεσο Bandgap (1,42 eV): Αποτελεσματική φωτοηλεκτρική μετατροπή, που αποτελεί τη βάση των υπέρυθρων λέιζερ και LED.
• Αντοχή σε Θερμότητα/Ακτινοβολία: Κατάλληλο για αεροδιαστημικά και περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας.

SOI (Silicon on Insulator):

• Υψηλό Κόστος: Σπάνιο υλικό με πολύπλοκη ανάπτυξη κρυστάλλων (επιρρεπές σε εξαρθρώσεις). τα μεγέθη των wafer είναι μικρά (6 ιντσών κύρια).
• Μηχανική Ευθραυστότητα: Επιρρεπές σε θραύση, με αποτέλεσμα χαμηλές αποδόσεις επεξεργασίας.
• Τοξικότητα: Απαιτείται αυστηρός έλεγχος για το χειρισμό του αρσενικού.

Wafer GaAs της ZMSH

3. Καρβίδιο του Πυριτίου (SiC)

Εφαρμογές: Συσκευές ισχύος υψηλής θερμοκρασίας/υψηλής τάσης (αντιστροφείς EV, σωροί φόρτισης), αεροδιαστημική.

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• Ευρύ Bandgap (3,26 eV): Αντέχει σε υψηλές τάσεις (αντοχή πεδίου διάσπασης 10× αυτή του πυριτίου) και λειτουργεί σε >200°C.
• Υψηλή Θερμική Αγωγιμότητα (3× αυτή του πυριτίου): Η αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας ενισχύει την πυκνότητα ισχύος του συστήματος.
• Χαμηλές Απώλειες Μεταγωγής: Βελτιώνει την απόδοση μετατροπής ισχύος.

SOI (Silicon on Insulator):

• Δύσκολη Προετοιμασία Υποστρώματος: Αργή ανάπτυξη κρυστάλλων (>1 εβδομάδα) και δύσκολος έλεγχος ελαττωμάτων (μικροσωλήνες, εξαρθρώσεις). κοστίζει 5–10× αυτή του πυριτίου.
• Μικρά Μεγέθη Wafer: Κύρια 4–6 ίντσες. 8 ιντσών ανάπτυξη σε εξέλιξη.
• Δύσκολη Επεξεργασία: Η υψηλή σκληρότητα (Mohs 9,5) καθιστά την κοπή και τη στίλβωση χρονοβόρα.

Wafer SiC της ZMSH

4. Νιτρίδιο Γαλλίου (GaN)

Εφαρμογές: Συσκευές ισχύος υψηλής συχνότητας (γρήγοροι φορτιστές, σταθμοί βάσης 5G), μπλε LED/λέιζερ.

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• Εξαιρετικά Υψηλή Κινητικότητα Ηλεκτρονίων + Ευρύ Bandgap (3,4 eV): Συνδυάζει χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας (>100 GHz) και υψηλής τάσης.
• Χαμηλή Αντίσταση On: Μειώνει την κατανάλωση ενέργειας της συσκευής.
• Συμβατότητα Ετερογενούς Επιταξίας: Συχνά αναπτύσσεται σε υποστρώματα πυριτίου, ζαφειριού ή SiC για μείωση του κόστους.

Μειονεκτήματα:

• Δυσκολία στην Ανάπτυξη Μαζικού Κρυστάλλου: Η κύρια μέθοδος βασίζεται στην ετερογενή επιταξία, με ελαττώματα που προκαλούνται από την ασυμφωνία πλέγματος.
• Υψηλό Κόστος: Τα αυτοϋποστηριζόμενα υποστρώματα GaN είναι ακριβά (τα wafer 2 ιντσών μπορεί να κοστίζουν χιλιάδες δολάρια).
• Προκλήσεις Αξιοπιστίας: Το φαινόμενο κατάρρευσης ρεύματος απαιτεί βελτιστοποίηση.

Wafer GaN της ZMSH

5. Φωσφόρος-Ινδίου (InP)

Εφαρμογές: Οπτοηλεκτρονικά υψηλής ταχύτητας (λέιζερ, ανιχνευτές), συσκευές terahertz.

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• Εξαιρετικά Υψηλή Κινητικότητα Ηλεκτρονίων: Υποστηρίζει λειτουργία υψηλής συχνότητας >100 GHz (ανώτερη από το GaAs).
• Άμεσο Bandgap με Αντιστοίχιση Μήκους Κύματος: Κρίσιμο για επικοινωνίες οπτικών ινών 1,3–1,55μm.

SOI (Silicon on Insulator):

• Ευθραυστότητα και Υψηλό Κόστος: Οι τιμές υποστρώματος είναι πάνω από 100× αυτή του πυριτίου. τα μεγέθη των wafer είναι μικρά (4–6 ίντσες).

Εφαρμογές: Υποστρώματα απαγωγής θερμότητας για μονάδες υψηλής ισχύος.4-6 ιντσώνΜόνωση + Υψηλή Θερμική Αγωγιμότητα (AlN: 170–230 W/m·K): Ιδανικό για συσκευασία υψηλής πυκνότητας.

Πλεονεκτήματα:

Χαμηλό Κόστος: Φθηνότερο από τα υποστρώματα SiC/GaN.

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• Διαφάνεια: Κατάλληλο για LED κάθετης δομής.
• Μειονεκτήματα:
• Ασυμφωνία Πλέγματος με GaN (>13%): Απαιτεί στρώματα buffer για τη μείωση των ελαττωμάτων επιταξίας.

SOI (Silicon on Insulator):

• Wafer ζαφειριού της ZMSH
• 7. Υποστρώματα Οξειδίου του Αργιλίου/Κεραμικά (π.χ., AlN, BeO)

Εφαρμογές: Υποστρώματα απαγωγής θερμότητας για μονάδες υψηλής ισχύος.Πλεονεκτήματα:Μόνωση + Υψηλή Θερμική Αγωγιμότητα (AlN: 170–230 W/m·K): Ιδανικό για συσκευασία υψηλής πυκνότητας.

Μειονεκτήματα:

Μη Μονοκρυσταλλικό: Δεν μπορεί να αναπτύξει απευθείας συσκευές. χρησιμοποιείται μόνο ως υποστρώματα συσκευασίας.

Υποστρώματα κεραμικού οξειδίου του αργιλίου της ZMSH

• 8. Εξειδικευμένα Υποστρώματα

SOI (Silicon on Insulator):

• Δομή: Σάντουιτς πυριτίου/διοξειδίου του πυριτίου/πυριτίου.

Πλεονεκτήματα: Μειώνει την παρασιτική χωρητικότητα, την ανθεκτικότητα στην ακτινοβολία και το ρεύμα διαρροής (χρησιμοποιείται σε RF, MEMS).

• Μειονεκτήματα: 30–50% υψηλότερο κόστος από το πυρίτιο χύδην.

1. Χαλαζίας (SiO₂):Χρησιμοποιείται σε φωτομάσκες, MEMS. ανθεκτικό στη θερμότητα αλλά εύθραυστο.
2. Διαμάντι:
3. Η υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα (>2000 W/m·K) υπό ανάπτυξη για ακραία απαγωγή θερμότητας.

• Wafer SOI της ZMSH, Wafer χαλαζία, υπόστρωμα διαμαντιούΠίνακας Σύγκρισης Περίληψης
• ΥπόστρωμαΕνέργεια Bandgap (eV)

Κινητικότητα Ηλεκτρονίων (cm²/Vs)

Θερμική Αγωγιμότητα (W/mK)

Θερμική Διαχείριση: Οι συσκευές υψηλής ισχύος δίνουν προτεραιότητα στο SiC ή στο GaN με βάση το διαμάντι.

1. Ωριμότητα Εφοδιαστικής Αλυσίδας: Πυρίτιο > Ζαφείρι > GaAs > SiC > GaN > InP.
2. Μελλοντικές Τάσεις
3. Η ετερογενής ενσωμάτωση (π.χ., GaN σε πυρίτιο, SiC σε GaN) θα εξισορροπήσει την απόδοση και το κόστος, οδηγώντας σε προόδους στο 5G, τα ηλεκτρικά οχήματα και την κβαντική υπολογιστική.
4. Υπηρεσίες ZMSH

Ως ολοκληρωμένος πάροχος υπηρεσιών κατασκευής και εμπορίας υλικών ημιαγωγών, παρέχουμε λύσεις εφοδιαστικής αλυσίδας προϊόντων πλήρους αλυσίδας—από υποστρώματα wafer (Si/GaAs/SiC/GaN, κ.λπ.) έως φωτοαντιστάσεις και υλικά στίλβωσης CMP.

Αξιοποιώντας αυτο-αναπτυγμένες βάσεις παραγωγής και ένα παγκοσμιοποιημένο δίκτυο εφοδιαστικής αλυσίδας, συνδυάζουμε δυνατότητες ταχείας απόκρισης με επαγγελματική τεχνική υποστήριξη για να ενδυναμώσουμε τους πελάτες στην επίτευξη σταθερών λειτουργιών εφοδιαστικής αλυσίδας και αμοιβαία επωφελών αποτελεσμάτων τεχνολογικής καινοτομίας.