Semiconductor ထုတ်လုပ်မှုအတွက် အဓိကကုန်ကြမ်းများ- Wafer အလွှာအမျိုးအစားများ

Wafer Substrates များသည် Semiconductor Devices များတွင် အဓိကပစ္စည်းများအဖြစ်

Wafer အလွှာများသည် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းကိရိယာများ၏ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ သယ်ဆောင်သူများဖြစ်ပြီး ၎င်းတို့၏ ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများသည် စက်ပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်၊ ကုန်ကျစရိတ်နှင့် အပလီကေးရှင်းနယ်ပယ်များကို တိုက်ရိုက်ဆုံးဖြတ်ပါသည်။ အောက်ဖော်ပြပါများသည် wafer အလွှာများ၏ အားသာချက်များနှင့် အားနည်းချက်များနှင့်အတူ အဓိကအမျိုးအစားများဖြစ်သည်။

1.ဆီလီကွန် (Si)

• စျေးကွက်ပမာဏ:ကမ္ဘာ့တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းစျေးကွက်၏ 95% ကျော်ရှိသည်။

• အားသာချက်များ

  • ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော:ပေါများသော ကုန်ကြမ်းများ (ဆီလီကွန်ဒိုင်အောက်ဆိုဒ်)၊ ရင့်ကျက်သော ကုန်ထုတ်လုပ်မှု လုပ်ငန်းစဉ်များ၊ နှင့် အတိုင်းအတာအရ ခိုင်မာသော စီးပွားရေး။

  • မြင့်မားသောလုပ်ငန်းစဉ်လိုက်ဖက်မှု-CMOS နည်းပညာသည် အဆင့်မြင့် node (ဥပမာ 3nm) ကို ပံ့ပိုးပေးသည့် အလွန်ရင့်ကျက်ပါသည်။

  • အလွန်ကောင်းမွန်သော crystal အရည်အသွေးချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆနည်းသော ကြီးမားသောအချင်း (အဓိကအားဖြင့် 12 လက်မ၊ 18 လက်မအရွယ်) များကို စိုက်ပျိုးနိုင်ပါသည်။

  • တည်ငြိမ်သောစက်မှုဂုဏ်သတ္တိများဖြတ်ရန်၊ ပွတ်ရန်နှင့် ကိုင်တွယ်ရန် လွယ်ကူသည်။

• အားနည်းချက်များ-

  • ကျဉ်းမြောင်းသော bandgap (1.12 eV):မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် မြင့်မားသော ယိုစိမ့်လျှပ်စီးကြောင်းသည် ပါဝါစက်၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။

  • သွယ်ဝိုက်သော ကြိုးဝိုင်းကွာဟမှု-အလင်းထုတ်လွှတ်မှု ထိရောက်မှု အလွန်နည်းသည်၊ LEDs နှင့် လေဆာများကဲ့သို့သော optoelectronic စက်များအတွက် မသင့်လျော်ပါ။

  • အကန့်အသတ်ရှိသော အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု-ပေါင်းစပ် semiconductors များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ကြိမ်နှုန်းမြင့်သော စွမ်းဆောင်ရည် နိမ့်ကျသည်။
    

2.Gallium Arsenide (GaAs)

• အပလီကေးရှင်းများကြိမ်နှုန်းမြင့် RF စက်များ (5G/6G)၊ optoelectronic စက်များ (လေဆာများ၊ ဆိုလာဆဲလ်များ)။

• အားသာချက်များ

  • မြင့်မားသော အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု (ဆီလီကွန်၏ 5-6×)မီလီမီတာ-လှိုင်း ဆက်သွယ်မှုကဲ့သို့သော မြန်နှုန်းမြင့်၊ ကြိမ်နှုန်းမြင့်အက်ပ်များအတွက် သင့်လျော်သည်။

  • တိုက်ရိုက် bandgap (1.42 eV):စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်မားသော photoelectric ပြောင်းလဲခြင်း၊ အနီအောက်ရောင်ခြည်လေဆာများနှင့် LEDs များ၏အခြေခံအုတ်မြစ်။

  • မြင့်မားသောအပူချိန်နှင့် ရောင်ခြည်ဒဏ်ခံနိုင်ရည်-အာကာသယာဉ်နှင့် ကြမ်းတမ်းသောပတ်ဝန်းကျင်များအတွက် သင့်လျော်သည်။

• အားနည်းချက်များ-

  • မြင့်မားသောကုန်ကျစရိတ်-ရှားပါးသောပစ္စည်း၊ ခက်ခဲသောပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှု (နေရာရွေ့ပြောင်းရန် လွယ်ကူသော)၊ အကန့်အသတ်ရှိသော wafer အရွယ်အစား (အဓိကအားဖြင့် 6 လက်မ)။

  • ကြွပ်ဆတ်သော စက်ပြင်များကျိုးပဲ့လွယ်သောကြောင့် စီမံမှုအထွက်နှုန်းနည်းသည်။

  • အဆိပ်သင့်ခြင်း-အာဆင်းနစ်သည် တင်းကျပ်သော ကိုင်တွယ်မှုနှင့် ပတ်ဝန်းကျင် ထိန်းချုပ်မှု လိုအပ်သည်။

3. ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC)

• အပလီကေးရှင်းများမြင့်မားသော အပူချိန်နှင့် ဗို့အားမြင့် ပါဝါကိရိယာများ (EV အင်ဗာတာများ၊ အားသွင်းစခန်းများ)၊ အာကာသယာဉ်။

• အားသာချက်များ

  • ကျယ်ပြန့်သော bandgap (3.26 eV):မြင့်မားသောပြိုကွဲနိုင်စွမ်း (ဆီလီကွန်၏ 10 ×)၊ မြင့်မားသောအပူချိန်ခံနိုင်ရည် (လည်ပတ်အပူချိန်> 200 ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်) ။

  • မြင့်မားသောအပူစီးကူးမှု (≈3× ဆီလီကွန်):အထူးကောင်းမွန်သော အပူကို စုပ်ယူနိုင်ပြီး စနစ်ပါဝါသိပ်သည်းဆကို ပိုမိုမြင့်မားစေသည်။

  • နိမ့်သော ကူးပြောင်းမှု ဆုံးရှုံးမှု-ပါဝါကူးပြောင်းမှု စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေသည်။

• အားနည်းချက်များ-

  • စိန်ခေါ်သော အလွှာပြင်ဆင်မှု-ပုံဆောင်ခဲများ ကြီးထွားမှု နှေးကွေးခြင်း (> 1 ပတ်)၊ ခက်ခဲသော ချို့ယွင်းချက် ထိန်းချုပ်မှု (micropipes၊ dislocations)၊ အလွန်မြင့်မားသော ကုန်ကျစရိတ် (5-10× ဆီလီကွန်)။

  • သေးငယ်သော wafer အရွယ်အစားအဓိကအားဖြင့် 4-6 လက်မ; ၈လက်မအရွယ် ဖွံ့ဖြိုးဆဲဖြစ်သည်။

  • လုပ်ဆောင်ရန် ခက်ခဲသည်-အလွန်မာကျောသော (Mohs 9.5) ၊ ဖြတ်တောက်ခြင်းနှင့် ပွတ်ပေးခြင်းသည် အချိန်ကုန်သည်။

4. Gallium Nitride (GaN)

• အပလီကေးရှင်းများကြိမ်နှုန်းမြင့်ပါဝါစက်ပစ္စည်းများ (အမြန်အားသွင်းခြင်း၊ 5G အခြေစိုက်စခန်းများ)၊ အပြာရောင် LEDs/လေဆာများ။

• အားသာချက်များ

  • အလွန်မြင့်မားသော အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု + ကျယ်ပြန့်သော ကြိုးဝိုင်း (3.4 eV):ကြိမ်နှုန်းမြင့် (>100 GHz) နှင့် ဗို့အားမြင့်စွမ်းဆောင်ရည် ပေါင်းစပ်ထားသည်။

  • ခုခံမှုနည်းသည်-စက်ပစ္စည်းပါဝါဆုံးရှုံးမှုကို လျှော့ချပေးသည်။

  • Heteroepitaxy သဟဇာတဆီလီကွန်၊ နီလာ သို့မဟုတ် SiC အလွှာများတွင် စိုက်ပျိုးလေ့ရှိပြီး ကုန်ကျစရိတ်ကို သက်သာစေသည်။

• အားနည်းချက်များ-

  • တစ်ခုတည်းသော ကြည်လင်သော ကြီးထွားမှု ခက်ခဲသည်-Heteroepitaxy သည် ပင်မရေစီးကြောင်းဖြစ်သည်၊ သို့သော် ရာဇမတ်ကွက်မညီမှုသည် ချို့ယွင်းချက်များကို မိတ်ဆက်ပေးသည်။

  • မြင့်မားသောကုန်ကျစရိတ်-မူရင်း GaN အလွှာများသည် အလွန်စျေးကြီးသည် (၂ လက်မအရွယ် wafer တစ်လုံးသည် အမေရိကန်ဒေါ်လာ ထောင်ပေါင်းများစွာ ကုန်ကျနိုင်သည်)။

  • ယုံကြည်စိတ်ချရမှု စိန်ခေါ်မှုများ-လက်ရှိပြိုကျမှုကဲ့သို့သော ဖြစ်စဉ်များသည် ကောင်းမွန်အောင်လုပ်ဆောင်ရန် လိုအပ်သည်။

5. အင်ဒီယမ်ဖော့စ်ဖိုက် (InP)

• အပလီကေးရှင်းများမြန်နှုန်းမြင့် optical ဆက်သွယ်မှု (လေဆာများ၊ ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ)၊ တာရာဟတ်ဇ် ကိရိယာများ။

• အားသာချက်များ

  • အလွန်မြင့်မားသော အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှု-GaAs စွမ်းဆောင်ရည်ထက် 100 GHz လုပ်ဆောင်ချက်ကို ပံ့ပိုးပေးသည်။

  • လှိုင်းအလျားနှင့် ကိုက်ညီသော တိုက်ရိုက် bandgap-1.3–1.55 μm optical fiber ဆက်သွယ်ရေးအတွက် အဓိကပစ္စည်း။

• အားနည်းချက်များ-

  • ကြွပ်ဆတ်ပြီး အလွန်စျေးကြီးသည်-အလွှာ၏ကုန်ကျစရိတ်သည် 100× ဆီလီကွန်ထက် ကျော်လွန်သည်၊ ကန့်သတ်ထားသော wafer အရွယ်အစား (၄-၆ လက်မ)။

6. နီလာ (Al₂O₃)

• အပလီကေးရှင်းများLED အလင်းရောင် (GaN epitaxial substrate)၊ လူသုံးအီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်းအဖုံးဖန်။

• အားသာချက်များ

  • ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော:SiC/GaN အလွှာများထက် များစွာစျေးသက်သာပါသည်။

  • အလွန်ကောင်းမွန်သော ဓာတုတည်ငြိမ်မှုသံချေးတက်ခြင်း ခံနိုင်ရည်ရှိပြီး အလွန် insulation လည်းဖြစ်သည်။

  • ပွင့်လင်းမြင်သာမှု-ဒေါင်လိုက် LED အဆောက်အဦများအတွက် သင့်လျော်သည်။

• အားနည်းချက်များ-

  • GaN နှင့် ကြီးမားသော ရာဇမတ်ကွက်များ မကိုက်ညီပါ (> 13%)-ကြားခံအလွှာများ လိုအပ်ပြီး ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆ မြင့်မားစေသည်။

  • ညံ့ဖျင်းသောအပူစီးကူးမှု (ဆီလီကွန် ~ 1/20)ပါဝါမြင့်သော LEDs များ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။

7. Ceramic Substrates (AlN၊ BeO စသည်ဖြင့်)

• အပလီကေးရှင်းများပါဝါမြင့်သော မော်ဂျူးများအတွက် အပူဖြန့်ကိရိယာများ။

• အားသာချက်များ

  • လျှပ်ကာ + မြင့်မားသောအပူစီးကူးမှု (AlN: 170–230 W/m·K):သိပ်သည်းဆမြင့်သော ထုပ်ပိုးမှုများအတွက် သင့်လျော်သည်။

• အားနည်းချက်များ-

  • တစ်ခုတည်းမဟုတ်သော သလင်းခဲ-ထုပ်ပိုးမှုအလွှာအဖြစ်သာ အသုံးပြုသည့် စက်ပစ္စည်းကြီးထွားမှုကို တိုက်ရိုက်မပံ့ပိုးနိုင်ပါ။

8. အထူးအလွှာ

• SOI (လျှပ်ကာပေါ်ရှိ ဆီလီကွန်):

  • ဖွဲ့စည်းပုံ-ဆီလီကွန်/SiO₂/ဆီလီကွန် အသားညှပ်ပေါင်မုန့်။

  • အားသာချက်များကပ်ပါးစွမ်းရည်၊ ဓာတ်ရောင်ခြည် ခိုင်မာမှု၊ ယိုစိမ့်မှုကို လျှော့ချပေးသည် (RF၊ MEMS တွင်သုံးသည်)။

  • အားနည်းချက်များ-ဆီလီကွန်အမြောက်အများထက် 30-50% ပိုစျေးကြီးသည်။

• Quartz (SiO₂):photomasks နှင့် MEMS တွင်အသုံးပြုသည်; အပူချိန်မြင့်သော်လည်း အလွန်ကြွပ်ဆတ်သည်။

• စိန်အပူချိန်လွန်ကဲစွာ ပျံ့နှံ့မှုအတွက် R&D အောက်တွင် အမြင့်ဆုံးအပူစီးကူးနိုင်သော အလွှာ (> 2000 W/m·K)။

နှိုင်းယှဉ်အနှစ်ချုပ်ဇယား

အလွှာရွေးချယ်ခြင်းအတွက် အဓိကအချက်များ

• စွမ်းဆောင်ရည်လိုအပ်ချက်များမြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းအတွက် GaAs/InP မြင့်မားသောဗို့အား၊ မြင့်မားသောအပူချိန်အတွက် SiC optoelectronics အတွက် GaAs/InP/GaN

• ကုန်ကျစရိတ်ကန့်သတ်ချက်များ-လူသုံးအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများသည် ဆီလီကွန်ကိုနှစ်သက်သည်။ အဆင့်မြင့်နယ်ပယ်များသည် SiC/GaN ပရီမီယံများကို အကြောင်းပြနိုင်သည်။

• ပေါင်းစပ်ရှုပ်ထွေးမှု-CMOS လိုက်ဖက်ညီမှုအတွက် ဆီလီကွန်သည် အစားထိုးမရနိုင်ပါ။

• အပူစီမံခန့်ခွဲမှု-စွမ်းအားမြင့် အပလီကေးရှင်းများသည် SiC သို့မဟုတ် စိန်အခြေခံ GaN ကို ပိုနှစ်သက်သည်။

• ထောက်ပံ့ရေးကွင်းဆက် သက်တမ်း-Si > Sapphire > GaAs > SiC > GaN > InP

အနာဂတ် Trend

ကွဲပြားသောပေါင်းစပ်မှု (ဥပမာ၊ GaN-on-Si၊ GaN-on-SiC) သည် စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်ကို ချိန်ခွင်လျှာညှိပေးမည်ဖြစ်ပြီး 5G၊ လျှပ်စစ်ကားများ၊ နှင့် ကွမ်တမ်တွက်ချက်မှုတို့တွင် တိုးတက်မှုများကို မောင်းနှင်ပေးမည်ဖြစ်သည်။