د سیمیکمډکټر تولید لپاره مهم خام مواد: د ویفر سبسټریټ ډولونه

د سیمیکمډکټر وسیلو کې د کلیدي موادو په توګه د ویفر سبسټریټونه

د ویفر سبسټریټس د سیمیکمډکټر وسیلو فزیکي کیریرونه دي، او د دوی مادي ملکیتونه په مستقیم ډول د وسیلې فعالیت، لګښت، او د غوښتنلیک ساحې ټاکي. لاندې د ویفر سبسټریټس اصلي ډولونه د دوی ګټو او زیانونو سره دي:

1.سیلیکون (Si)

• د بازار ونډه:د نړیوال سیمیکمډکټر بازار له ۹۵٪ څخه ډیر برخه جوړوي.

• ګټې:

  • ټیټ لګښت:ډېر خام مواد (سیلیکون ډای اکسایډ)، د تولید پاخه پروسې، او د پیمانه قوي اقتصاد.

  • د پروسې لوړ مطابقت:د CMOS ټیکنالوژي خورا پاخه ده، د پرمختللو نوډونو ملاتړ کوي (د مثال په توګه، 3nm).

  • د کرسټال غوره کیفیت:د لوی قطر ویفرونه (په عمده توګه ۱۲ انچه، ۱۸ انچه د پراختیا لاندې) د ټیټ عیب کثافت سره کرل کیدی شي.

  • باثباته میخانیکي ځانګړتیاوې:د پرې کولو، پالش کولو او سمبالولو لپاره اسانه.

• زیانونه:

  • تنګ بند واټن (۱.۱۲ eV):په لوړه تودوخه کې د لیکیدو لوړه کچه، د بریښنا وسیلو موثریت محدودوي.

  • غیر مستقیم بند واټن:د رڼا د اخراج ډېر ټیټ موثریت، د آپټو الیکترونیکي وسایلو لکه LEDs او لیزرونو لپاره مناسب نه دی.

  • د الکترون محدود خوځښت:د مرکب سیمیکمډکټرونو په پرتله د لوړ فریکونسۍ فعالیت ټیټ دی.
    

2.ګیلیم ارسنایډ (GaAs)

• غوښتنلیکونه:د لوړ فریکونسۍ RF وسایل (5G/6G)، آپټو الیکترونیکي وسایل (لیزرونه، لمریز حجرې).

• ګټې:

  • د الکترون لوړ تحرک (۵-۶× د سیلیکون په پرتله):د لوړ سرعت، لوړ فریکونسۍ غوښتنلیکونو لکه ملی میټر-څپې اړیکو لپاره مناسب.

  • مستقیم بند واټن (۱.۴۲ eV):د لوړ موثریت فوتو الیکټریک بدلون، د انفراریډ لیزرونو او LEDs بنسټ.

  • د لوړې تودوخې او وړانګو مقاومت:د فضايي او سختو چاپیریالونو لپاره مناسب.

• زیانونه:

  • لوړ لګښت:کم مواد، د کرسټالونو وده ستونزمنه ده (د بې ځایه کیدو خطر لري)، د ویفر محدود اندازه (په عمده توګه 6 انچه).

  • ماتیدونکي میخانیکونه:د ماتیدو خطر لري، چې په پایله کې یې د پروسس کم حاصل ورکول کیږي.

  • زهرجنتوب:ارسنیک سخت مدیریت او چاپیریالي کنټرول ته اړتیا لري.

3. سیلیکون کاربایډ (SiC)

• غوښتنلیکونه:د لوړې تودوخې او لوړ ولټاژ بریښنا وسایل (د EV انورټرونه، د چارج کولو سټیشنونه)، فضايي فضا.

• ګټې:

  • پراخه بینډ ګیپ (3.26 eV):د ماتیدو لوړ قوت (د سیلیکون په پرتله ۱۰×)، د لوړې تودوخې زغم (د عملیاتي تودوخې څخه> ۲۰۰ درجو سانتي ګراد).

  • لوړ حرارتي چالکتیا (≈3× سیلیکون):د تودوخې ښه تحلیل، د سیسټم د بریښنا کثافت لوړولو توان ورکوي.

  • د ټیټ سویچنګ زیان:د بریښنا د تبادلې موثریت ښه کوي.

• زیانونه:

  • د سبسټریټ چمتو کول ستونزمن دي:د کرسټال ورو وده (> یوه اونۍ)، د نیمګړتیاوو کنټرول ستونزمن (مایکرو پایپونه، بې ځایه کیدل)، خورا لوړ لګښت (۵-۱۰× سیلیکون).

  • د ویفر کوچنۍ اندازه:په عمده توګه ۴-۶ انچه؛ ۸ انچه لا هم د پراختیا په حال کې ده.

  • د پروسس کولو لپاره ستونزمن:ډېر سخت (محس ۹.۵)، چې پرې کول او پالش کول یې ډېر وخت نیسي.

4. ګیلیم نایټرایډ (GaN)

• غوښتنلیکونه:د لوړ فریکونسۍ بریښنا وسایل (چټک چارج کول، د 5G بیس سټیشنونه)، نیلي LEDs/لیزرونه.

• ګټې:

  • د الکترونونو ډېر لوړ خوځښت + پراخه بینډ ګیپ (3.4 eV):د لوړ فریکونسۍ (> 100 GHz) او لوړ ولټاژ فعالیت سره یوځای کوي.

  • ټیټ مقاومت:د وسیلې د بریښنا ضایع کموي.

  • د هیټرو ایپیټکسی سره مطابقت لري:معمولا په سیلیکون، نیلم، یا SiC سبسټریټ کې کرل کیږي، چې لګښت کموي.

• زیانونه:

  • د واحد کرسټال لویه وده ستونزمنه ده:هیټرو ایپیټیکسي اصلي موضوع ده، خو د جالیو بې اتفاقي نیمګړتیاوې معرفي کوي.

  • لوړ لګښت:اصلي GaN سبسټریټونه خورا ګران دي (یو دوه انچه ویفر کولی شي څو زره امریکایي ډالر لګښت ولري).

  • د اعتبار ننګونې:د اوسني سقوط په څېر پیښې اصلاح ته اړتیا لري.

5. انډیم فاسفایډ (InP)

• غوښتنلیکونه:د لوړ سرعت نظري مخابرات (لیزرونه، فوتوډیټیکټرونه)، د تیراهرتز وسایل.

• ګټې:

  • د الکترونونو ډېر لوړ تحرک:د 100 GHz څخه زیات عملیات ملاتړ کوي، د GaAs څخه غوره فعالیت کوي.

  • د طول موج سره د مطابقت سره مستقیم بینډ ګیپ:د ۱.۳-۱.۵۵ μm آپټیکل فایبر مخابراتو لپاره اصلي مواد.

• زیانونه:

  • ماتیدونکی او ډېر ګران:د سبسټریټ لګښت له ۱۰۰ × سیلیکون څخه ډیر دی، د ویفر محدود اندازې (۴-۶ انچه).

۶. نیلم (Al₂O₃)

• غوښتنلیکونه:د LED څراغونه (GaN ایپیټیکسیل سبسټریټ)، د مصرف کونکي الیکترونیک پوښ شیشه.

• ګټې:

  • ټیټ لګښت:د SiC/GaN سبسټریټ په پرتله خورا ارزانه.

  • غوره کیمیاوي ثبات:د زنګ په وړاندې مقاومت لرونکی، ډېر عایق کوونکی.

  • شفافیت:د عمودی LED جوړښتونو لپاره مناسب.

• زیانونه:

  • د GaN سره لوی جالی بې اتفاقي (>13%):د لوړ عیب کثافت لامل کیږي، چې بفر طبقو ته اړتیا لري.

  • کمزوری حرارتي چالکتیا (~۱/۲۰ سیلیکون):د لوړ ځواک LEDs فعالیت محدودوي.

7. د سیرامیک فرعي برخې (AlN، BeO، او نور)

• غوښتنلیکونه:د لوړ ځواک ماډلونو لپاره د تودوخې خپرونکي.

• ګټې:

  • عایق کول + لوړ حرارتي چالکتیا (AlN: 170–230 W/m·K):د لوړ کثافت بسته بندۍ لپاره مناسب.

• زیانونه:

  • غیر واحد کرسټال:د وسیلې وده په مستقیم ډول نشي ملاتړ کیدی، یوازې د بسته بندۍ سبسټریټ په توګه کارول کیږي.

8. ځانګړي سبسټریټونه

• SOI (په انسولټر کې سیلیکون):

  • جوړښت:سیلیکون/SiO₂/سیلیکون سینڈوچ.

  • ګټې:د پرازیتي ظرفیت، د وړانګو سختوالی، د لیکیدو فشار کموي (په RF، MEMS کې کارول کیږي).

  • زیانونه:د بلک سیلیکون په پرتله 30-50٪ ډیر ګران دی.

• کوارټز (SiO₂):په فوټوماسکونو او MEMS کې کارول کیږي؛ د لوړې تودوخې مقاومت لري مګر ډیر ماتیدونکی دی.

• الماس:د تودوخې د لوړ چلولو سبسټریټ (>2000 W/m·K)، د خورا تودوخې د ضایع کیدو لپاره د R&D لاندې.

د پرتلیزې لنډیز جدول

د سبسټریټ انتخاب لپاره مهم عوامل

• د فعالیت اړتیاوې:د لوړې فریکونسۍ لپاره GaAs/InP؛ د لوړ ولتاژ، لوړ تودوخې لپاره SiC؛ د آپټو الیکترونیک لپاره GaAs/InP/GaN.

• د لګښت محدودیتونه:د مصرف کونکي الیکترونیکونه سیلیکون غوره ګڼي؛ لوړ پای ساحې کولی شي د SiC/GaN پریمیم توجیه کړي.

• د ادغام پیچلتیا:سیلیکون د CMOS مطابقت لپاره نه بدلیدونکی پاتې کیږي.

• د تودوخې مدیریت:د لوړ ځواک غوښتنلیکونه SiC یا د الماس پر بنسټ GaN غوره ګڼي.

• د اکمالاتو د لړۍ بشپړتیا:Si > Sapphire > GaAs > SiC > GaN > InP.

راتلونکی رجحان

متفاوت ادغام (د مثال په توګه، GaN-on-Si، GaN-on-SiC) به فعالیت او لګښت متوازن کړي، په 5G، بریښنایی موټرو، او کوانټم کمپیوټري کې پرمختګونه به پرمخ بوځي.