सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट वेफर: सिलिकॉन, GaAs, SiC आणि GaN चे भौतिक गुणधर्म

01. च्या मूलभूत गोष्टीसेमीकंडक्टर सब्सट्रेट वेफर

1.1 सेमीकंडक्टर सब्सट्रेटची व्याख्या

सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट अर्धसंवाहक उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या मूलभूत सामग्रीचा संदर्भ देते, सामान्यतः एकल क्रिस्टल किंवा पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री उच्च शुद्ध आणि क्रिस्टल वाढ तंत्रज्ञानाद्वारे बनविली जाते. सब्सट्रेट वेफर्स सामान्यतः पातळ आणि घन शीट संरचना असतात, ज्यावर विविध सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि सर्किट्स तयार केली जातात. सब्सट्रेटची शुद्धता आणि गुणवत्ता अंतिम सेमीकंडक्टर उपकरणाच्या कार्यक्षमतेवर आणि विश्वासार्हतेवर थेट परिणाम करते.

1.2 सब्सट्रेट वेफर्सची भूमिका आणि अनुप्रयोग फील्ड

सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेत सब्सट्रेट वेफर्स महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. उपकरणे आणि सर्किट्सचा आधार म्हणून, सब्सट्रेट वेफर्स केवळ संपूर्ण उपकरणाच्या संरचनेलाच समर्थन देत नाहीत तर इलेक्ट्रिकल, थर्मल आणि यांत्रिक पैलूंमध्ये आवश्यक समर्थन देखील प्रदान करतात. त्याच्या मुख्य कार्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

यांत्रिक समर्थन: त्यानंतरच्या उत्पादन चरणांना समर्थन देण्यासाठी एक स्थिर संरचनात्मक पाया प्रदान करा.

थर्मल व्यवस्थापन: जास्त गरम होण्यापासून डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम होण्यापासून रोखण्यासाठी उष्णता नष्ट करण्यात मदत करा.

विद्युत वैशिष्ट्ये: यंत्राच्या विद्युत गुणधर्मांवर परिणाम होतो, जसे की चालकता, वाहक गतिशीलता इ.

ऍप्लिकेशन फील्डच्या बाबतीत, सब्सट्रेट वेफर्स मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात:

मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे: जसे की इंटिग्रेटेड सर्किट्स (ICs), मायक्रोप्रोसेसर इ.

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे: जसे की LEDs, लेसर, फोटोडिटेक्टर इ.

उच्च-वारंवारता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे: जसे की RF ॲम्प्लीफायर, मायक्रोवेव्ह उपकरणे इ.

पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे: जसे की पॉवर कन्व्हर्टर, इन्व्हर्टर इ.

02. सेमीकंडक्टर साहित्य आणि त्यांचे गुणधर्म

सिलिकॉन (Si) सब्सट्रेट

· सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन आणि पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉनमधील फरक:

सिलिकॉन ही सर्वात सामान्यतः वापरली जाणारी अर्धसंवाहक सामग्री आहे, मुख्यतः सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन आणि पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या स्वरूपात. सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन उच्च शुद्धता आणि दोषमुक्त वैशिष्ट्यांसह सतत क्रिस्टल स्ट्रक्चरने बनलेला असतो, जो उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी अतिशय योग्य आहे. पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन हे अनेक धान्यांचे बनलेले असते आणि धान्यांमध्ये धान्याच्या सीमा असतात. उत्पादन खर्च कमी असला तरी, विद्युत कार्यप्रदर्शन खराब आहे, म्हणून ते सामान्यतः काही कमी-कार्यक्षमता किंवा मोठ्या प्रमाणात अनुप्रयोग परिस्थितींमध्ये वापरले जाते, जसे की सौर पेशी.

·सिलिकॉन सब्सट्रेटचे इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आणि फायदे:

सिलिकॉन सब्सट्रेटमध्ये चांगले इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आहेत, जसे की उच्च वाहक गतिशीलता आणि मध्यम ऊर्जा अंतर (1.1 eV), जे सिलिकॉनला बहुतेक अर्धसंवाहक उपकरणांच्या निर्मितीसाठी एक आदर्श सामग्री बनवते.

याव्यतिरिक्त, सिलिकॉन सब्सट्रेट्सचे खालील फायदे आहेत:

उच्च शुद्धता: प्रगत शुद्धीकरण आणि वाढ तंत्राद्वारे, अतिशय उच्च शुद्धता सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन मिळवता येते.

खर्च-प्रभावीता: इतर सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या तुलनेत, सिलिकॉनची कमी किंमत आणि परिपक्व उत्पादन प्रक्रिया आहे.

ऑक्साईड निर्मिती: सिलिकॉन नैसर्गिकरित्या सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) चा एक थर तयार करू शकतो, जो उपकरण निर्मितीमध्ये एक चांगला इन्सुलेट थर म्हणून काम करू शकतो.

गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) सब्सट्रेट

· GaAs ची उच्च-वारंवारता वैशिष्ट्ये:

गॅलियम आर्सेनाइड एक मिश्रित अर्धसंवाहक आहे जो उच्च-फ्रिक्वेंसी आणि उच्च-गती इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी त्याच्या उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आणि विस्तृत बँडगॅपमुळे विशेषतः योग्य आहे. GaAs उपकरणे उच्च कार्यक्षमता आणि कमी आवाज पातळीसह उच्च फ्रिक्वेन्सीवर कार्य करू शकतात. हे मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर वेव्ह ऍप्लिकेशन्समध्ये GaA ला महत्त्वपूर्ण सामग्री बनवते.

· ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये GaAs चा वापर:

त्याच्या थेट बँडगॅपमुळे, GaAs ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये देखील मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. उदाहरणार्थ, LEDs आणि लेझरच्या निर्मितीमध्ये GaAs मटेरियलचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. याव्यतिरिक्त, GaAs च्या उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलतेमुळे ते RF ॲम्प्लिफायर्स, मायक्रोवेव्ह उपकरणे आणि उपग्रह संप्रेषण उपकरणांमध्ये चांगले कार्य करते.

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सब्सट्रेट

· SiC ची थर्मल चालकता आणि उच्च पॉवर गुणधर्म:

सिलिकॉन कार्बाइड उत्कृष्ट थर्मल चालकता आणि उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्डसह एक विस्तृत बँडगॅप सेमीकंडक्टर आहे. हे गुणधर्म उच्च शक्ती आणि उच्च तापमान अनुप्रयोगांसाठी SiC अतिशय योग्य बनवतात. SiC उपकरणे सिलिकॉन उपकरणांपेक्षा कित्येक पटीने जास्त व्होल्टेज आणि तापमानात स्थिरपणे कार्य करू शकतात.

· पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये SiC चे फायदे:

SiC सबस्ट्रेट्स पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये लक्षणीय फायदे दर्शवतात, जसे की कमी स्विचिंग तोटा आणि उच्च कार्यक्षमता. यामुळे इलेक्ट्रिक वाहने, वारा आणि सौर इन्व्हर्टर यासारख्या उच्च उर्जा रूपांतरण अनुप्रयोगांमध्ये SiC अधिक लोकप्रिय होते. याव्यतिरिक्त, उच्च तापमान प्रतिरोधनामुळे SiC चा मोठ्या प्रमाणावर एरोस्पेस आणि औद्योगिक नियंत्रणामध्ये वापर केला जातो.

गॅलियम नायट्राइड (GaN) सब्सट्रेट

· उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आणि GaN चे ऑप्टिकल गुणधर्म:

गॅलियम नायट्राइड हा आणखी एक विस्तृत बँडगॅप अर्धसंवाहक आहे ज्यामध्ये अत्यंत उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता आणि मजबूत ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत. GaN ची उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता उच्च वारंवारता आणि उच्च उर्जा अनुप्रयोगांमध्ये खूप कार्यक्षम बनवते. त्याच वेळी, GaN अल्ट्राव्हायोलेट ते दृश्यमान श्रेणीमध्ये प्रकाश उत्सर्जित करू शकतो, विविध ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी योग्य आहे.

· पॉवर आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये GaN चा वापर:

पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रात, GaN उपकरणे त्यांच्या उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्डमुळे आणि कमी ऑन-रेझिस्टन्समुळे पॉवर सप्लाय आणि RF ॲम्प्लिफायर्स स्विच करण्यात उत्कृष्ट कामगिरी करतात. त्याच वेळी, GaN ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये देखील महत्त्वाची भूमिका बजावते, विशेषत: LEDs आणि लेसर डायोड्सच्या निर्मितीमध्ये, प्रकाश आणि प्रदर्शन तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीला प्रोत्साहन देते.

· अर्धसंवाहकांमध्ये उदयोन्मुख सामग्रीची संभाव्यता:

विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे, गॅलियम ऑक्साईड (Ga2O3) आणि डायमंड सारख्या उदयोन्मुख सेमीकंडक्टर सामग्रीने मोठी क्षमता दर्शविली आहे. गॅलियम ऑक्साईडमध्ये अल्ट्रा-वाइड बँडगॅप (4.9 eV) आहे आणि उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी अतिशय योग्य आहे, तर उत्कृष्ट थर्मलमुळे उच्च-शक्ती आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी अनुप्रयोगांच्या पुढील पिढीसाठी हिरा एक आदर्श सामग्री मानली जाते. चालकता आणि अत्यंत उच्च वाहक गतिशीलता. ही नवीन सामग्री भविष्यातील इलेक्ट्रॉनिक आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावेल अशी अपेक्षा आहे.

03. वेफर उत्पादन प्रक्रिया

3.1 सब्सट्रेट वेफर्सची वाढ तंत्रज्ञान

3.1.1 Czochralski पद्धत (CZ पद्धत)

सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन वेफर्स तयार करण्यासाठी झोक्राल्स्की पद्धत ही सर्वात सामान्यतः वापरली जाणारी पद्धत आहे. हे वितळलेल्या सिलिकॉनमध्ये बियाणे क्रिस्टल बुडवून आणि नंतर हळूहळू बाहेर काढण्याद्वारे केले जाते, जेणेकरून वितळलेले सिलिकॉन बियाणे क्रिस्टलवर स्फटिक बनते आणि एका क्रिस्टलमध्ये वाढते. ही पद्धत मोठ्या आकाराचे, उच्च-गुणवत्तेचे सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन तयार करू शकते, जे मोठ्या प्रमाणात एकात्मिक सर्किट्सच्या निर्मितीसाठी अतिशय योग्य आहे.

3.1.2 ब्रिजमन पद्धत

ब्रिजमॅन पद्धत सामान्यतः गॅलियम आर्सेनाइड सारख्या मिश्रित अर्धसंवाहकांची वाढ करण्यासाठी वापरली जाते. या पद्धतीत, कच्चा माल वितळलेल्या अवस्थेत क्रुसिबलमध्ये गरम केला जातो आणि नंतर हळूहळू थंड करून एक क्रिस्टल तयार होतो. ब्रिजमन पद्धत क्रिस्टलच्या वाढीचा दर आणि दिशा नियंत्रित करू शकते आणि जटिल मिश्रित अर्धसंवाहकांच्या उत्पादनासाठी योग्य आहे.

३.१.३ आण्विक बीम एपिटॅक्सी (MBE)

आण्विक बीम एपिटॅक्सी हे एक तंत्रज्ञान आहे ज्याचा वापर थरांवर अति-पातळ अर्धसंवाहक स्तर वाढवण्यासाठी केला जातो. हे अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम वातावरणात वेगवेगळ्या घटकांच्या आण्विक बीमचे अचूकपणे नियंत्रण करून आणि थरांवर थर थर जमा करून उच्च-गुणवत्तेचे क्रिस्टल स्तर तयार करते. उच्च-परिशुद्धता क्वांटम डॉट्स आणि अल्ट्रा-थिन हेटरोजंक्शन स्ट्रक्चर्सच्या निर्मितीसाठी MBE तंत्रज्ञान विशेषतः योग्य आहे.

3.1.4 रासायनिक वाष्प जमा (CVD)

रासायनिक वाष्प निक्षेप हे एक पातळ फिल्म डिपॉझिशन तंत्रज्ञान आहे जे सेमीकंडक्टर आणि इतर उच्च-कार्यक्षमता सामग्रीच्या निर्मितीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. CVD वायूच्या पूर्ववर्ती घटकांचे विघटन करते आणि एक घन फिल्म तयार करण्यासाठी त्यांना सब्सट्रेट पृष्ठभागावर जमा करते. CVD तंत्रज्ञान अत्यंत नियंत्रित जाडी आणि रचना असलेले चित्रपट तयार करू शकते, जे जटिल उपकरणांच्या निर्मितीसाठी अतिशय योग्य आहे.

3.2 वेफर कटिंग आणि पॉलिशिंग

3.2.1 सिलिकॉन वेफर कटिंग तंत्रज्ञान

क्रिस्टलची वाढ पूर्ण झाल्यानंतर, वेफर्स बनण्यासाठी मोठ्या क्रिस्टलचे पातळ तुकडे केले जातील. कटिंगची अचूकता सुनिश्चित करण्यासाठी आणि सामग्रीचे नुकसान कमी करण्यासाठी सिलिकॉन वेफर कटिंग सहसा डायमंड सॉ ब्लेड किंवा वायर सॉ तंत्रज्ञान वापरते. वेफरची जाडी आणि पृष्ठभागाची सपाटता आवश्यकता पूर्ण करते याची खात्री करण्यासाठी कटिंग प्रक्रियेवर तंतोतंत नियंत्रण करणे आवश्यक आहे.

-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------

VeTek सेमीकंडक्टर एक व्यावसायिक चीनी निर्माता आहे4°बंद अक्ष p-प्रकार SiC वेफर, 4H N प्रकार SiC सब्सट्रेट, आणि4H सेमी इन्सुलेटिंग प्रकार SiC सब्सट्रेट.  VeTek Semiconductor विविध साठी प्रगत उपाय प्रदान करण्यासाठी वचनबद्ध आहेSiC वेफरसेमीकंडक्टर उद्योगासाठी उत्पादने. 

आपण स्वारस्य असल्याससेमीकंडक्टर सब्सट्रेट वेफरs, कृपया आमच्याशी थेट संपर्क साधा.

मोबाईल: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

ईमेल: anny@veteksemi.com