Nā Substrates Semiconductor a me Epitaxy: Nā Kumu Hana Loea ma hope o ka Mana Hou a me nā Mea Hana RF

ʻO ka holomua o ka ʻenehana semiconductor e wehewehe nui ʻia e nā holomua i ʻelua mau wahi koʻikoʻi:nā substratesa menā papa epitaxialHana pū kēia mau ʻāpana ʻelua e hoʻoholo i ka hana uila, wela, a me ka hilinaʻi o nā mea holomua i hoʻohana ʻia i nā kaʻa uila, nā kikowaena kumu 5G, nā mea uila mea kūʻai aku, a me nā ʻōnaehana kamaʻilio optical.

ʻOiai ʻo ka substrate e hāʻawi i ke kahua kino a me ka crystalline, ʻo ka papa epitaxial ke kumu hana kahi e hana ʻia ai ke ʻano alapine kiʻekiʻe, mana kiʻekiʻe, a i ʻole optoelectronic. ʻO ko lākou kūlike—ka hoʻonohonoho ʻana o ka crystal, ka hoʻonui ʻana i ka thermal, a me nā waiwai uila—he mea nui ia no ka hoʻomohala ʻana i nā mea hana me ka pono kiʻekiʻe, ka hoʻololi wikiwiki ʻana, a me ka mālama ikehu nui aʻe.

Ua wehewehe kēia ʻatikala pehea e hana ai nā substrates a me nā ʻenehana epitaxial, no ke aha lākou e koʻikoʻi ai, a pehea lākou e hoʻohālikelike ai i ka wā e hiki mai ana o nā mea semiconductor e like meʻO Si, GaN, GaAs, sapeiro, a me SiC.

1. He aha kaʻO ka Substrate Semiconductor?

ʻO kahi substrate ka "kahua" kristal hoʻokahi kahi i kūkulu ʻia ai kahi hāmeʻa. Hāʻawi ia i ke kākoʻo kūkulu, ka hoʻopuehu wela, a me ke kumu hoʻohālike atomika e pono ai no ka ulu ʻana o ka epitaxial kiʻekiʻe.

Nā Hana Koʻikoʻi o ka Substrate

• Kākoʻo mīkini:Hoʻomaopopo i ka paʻa ʻana o ke ʻano o ka hāmeʻa i ka wā o ke kaʻina hana a me ka hana ʻana.

• Kumu hoʻohālike aniani:Alakaʻi i ka papa epitaxial e ulu me nā lattices atomic i hoʻonohonoho ʻia, e hōʻemi ana i nā hemahema.

• Kūlana uila:Hiki ke alakaʻi i ka uila (e like me Si, SiC) a lawelawe paha ma ke ʻano he mea hoʻokaʻawale (e like me ka sapeiro).

Nā Mea Hana Maʻamau

Pehea e hana ʻia ai nā substrates

1. Hoʻomaʻemaʻe mea:Hoʻomaʻemaʻe ʻia ka Silicon a i ʻole nā ​​​​hui ʻē aʻe i ka maʻemaʻe loa.

2. Ka ulu ʻana o ke aniani hoʻokahi:

   • ʻO Czochralski (CZ)– ke ʻano hana maʻamau no ka silika.

   • Ka ʻĀpana Lana (FZ)– hana i nā kristal maʻemaʻe loa.

3. ʻOki ʻana a me ka hoʻowali ʻana i ka wafer:Ua ʻoki ʻia nā boules i loko o nā wafers a hoʻowali ʻia i ka laumania atomika.

4. Hoʻomaʻemaʻe a me ka nānā ʻana:Ke wehe ʻana i nā mea haumia a me ka nānā ʻana i ka nui o nā kīnā.

Nā Pilikia ʻenehana

He paʻakikī ke hana ʻana i kekahi mau mea holomua—ʻoi aku hoʻi ʻo SiC—ma muli o ka lohi loa o ka ulu ʻana o ke kristal (0.3–0.5 mm/hola wale nō), nā koi hoʻomalu mahana paʻa, a me nā pohō ʻoki nui (hiki i ka pohō kerf SiC ke hōʻea i >70%). ʻO kēia paʻakikī kekahi kumu e pipiʻi mau ai nā mea o ka hanauna ʻekolu.

2. He aha ka Papa Epitaxial?

ʻO ka ulu ʻana i kahi papa epitaxial ʻo ia hoʻi ke waiho ʻana i kahi ʻili lahilahi, maʻemaʻe kiʻekiʻe, hoʻokahi kristal ma luna o ka substrate me kahi kuhikuhi lattice i hoʻonohonoho pono ʻia.

ʻO ka papa epitaxial e hoʻoholo i kaʻano uilao ka hāmeʻa hope loa.

No ke aha he mea nui ka epitaxy

• Hoʻonui i ka maʻemaʻe o ke aniani

• Hoʻāla i nā ʻaoʻao doping i hoʻopilikino ʻia

• Hoʻemi i ka laha ʻana o nā hemahema substrate

• Hoʻokumu i nā heterostructures i hana ʻia e like me nā luawai quantum, HEMTs, a me nā superlattices

Nā ʻenehana Epitaxy nui

Nā Palena Koʻikoʻi ma Epitaxy

• Mānoanoa o ka papa:Nā nanometer no nā luawai quantum, a hiki i 100 μm no nā mea hana mana.

• Hoʻopili ʻana:Hoʻoponopono i ka nui o ka mea lawe ma o ka hoʻokomo pololei ʻana o nā mea haumia.

• ʻAno o ka pilina:Pono e hōʻemi i nā dislocations a me ke kaumaha mai ka lattice mismatch.

Nā pilikia ma Heteroepitaxy

• ʻAʻole kūlike ka puka makani:Eia kekahi laʻana, ʻaʻole kūlike ʻo GaN a me ka sapphire ma ~13%.

• Ka kūlike ʻole o ka hoʻonui wela:Hiki ke hana i ka nahā i ka wā e hoʻomaʻalili ai.

• Kaohi kīnā:Pono nā papa buffer, nā papa graded, a i ʻole nā ​​​​papa nucleation.

3. Pehea e hana pū ai ʻo Substrate a me Epitaxy: Nā Laʻana o ke Ao Maoli

ʻO ke LED GaN ma Sapphire

• He mea kūʻai ʻole ke kumukūʻai o ka Sapphire a he mea hoʻokaʻawale hoʻi ia.

• Hoʻemi nā papa buffer (AlN a i ʻole GaN wela haʻahaʻa) i ka mismatch lattice.

• Hoʻokumu nā luawai Multi-quantum (InGaN/GaN) i ka ʻāpana hoʻomālamalama hana.

• Hoʻokō i ka nui o nā kīnā ma lalo o 10⁸ cm⁻² a me ka pono kukui kiʻekiʻe.

MOSFET Mana SiC

• Hoʻohana i nā substrates 4H-SiC me ka hiki ke wāwahi kiʻekiʻe.

• Hoʻoholo nā papa drift epitaxial (10–100 μm) i ka helu voltage.

• Hāʻawi i ka ~90% haʻahaʻa o nā pohō conduction ma mua o nā mea mana silicon.

Nā Mea Hana RF GaN-on-Silicon

• Hoʻemi nā substrates Silicon i ke kumukūʻai a ʻae i ka hoʻohui ʻana me CMOS.

• Hoʻomalu nā papa nucleation AlN a me nā buffers i hana ʻia i ke kaumaha.

• Hoʻohana ʻia no nā ʻāpana 5G PA e hana ana ma nā alapine (frequency) nalu millimeter.

4. Substrate vs. Epitaxy: Nā ʻokoʻa koʻikoʻi

5. Ma hea e hele ai kēia mau ʻenehana

Nā Nui Wafer Nui Aʻe

• Ke neʻe nei ʻo Si i 12-'īniha

• Ke neʻe nei ʻo SiC mai 6-ʻīniha a i 8-ʻīniha (hoʻemi nui ʻia ke kumukūʻai)

• Hoʻomaikaʻi ke anawaena nui i ka throughput a hoʻohaʻahaʻa i ke kumukūʻai o ka hāmeʻa

Heteroepitaxy Haʻahaʻa Kumukūʻai

Ke hoʻomau nei ka loaʻa ʻana o ka manaʻo no GaN-on-Si a me GaN-on-sapphire ma ke ʻano he mau koho ʻē aʻe i nā substrates GaN maoli pipiʻi.

Nā ʻenehana ʻokiʻoki a me ka ulu ʻana kiʻekiʻe

• Hiki i ka ʻoki ʻoki anu ke hōʻemi i ka pohō kerf SiC mai ~75% a i ~50%.

• Hoʻonui nā hoʻolālā umu i hoʻomaikaʻi ʻia i ka hua SiC a me ke kūlike.

Hoʻohui ʻia o nā hana Optical, Power, a me RF

Hiki i ka Epitaxy ke hoʻokumu i nā lua quantum, nā superlattices, a me nā papa i hoʻopili ʻia no nā photonics i hoʻohui ʻia i ka wā e hiki mai ana a me nā mea uila mana kiʻekiʻe.

Hopena

ʻO nā substrates a me ka epitaxy ke kumu o ka ʻenehana o nā semiconductors hou. Hoʻokumu ka substrate i ke kumu kino, ka wela, a me ka crystalline, ʻoiai ʻo ka papa epitaxial e wehewehe ana i nā hana uila e hiki ai ke hana i nā mea hana holomua.

I ka ulu ʻana o ke koi nomana kiʻekiʻe, alapine kiʻekiʻe, a me ka pono kiʻekiʻenā ʻōnaehana—mai nā kaʻa uila a i nā kikowaena ʻikepili—e hoʻomau ka ulu pū ʻana o kēia mau ʻenehana ʻelua. ʻO nā hana hou i ka nui o ka wafer, ka kaohi kīnā, ka heteroepitaxy, a me ka ulu ʻana o ke kristal e hoʻohālikelike i ka hanauna hou o nā mea semiconductor a me nā hoʻolālā hāmeʻa.