Mea'ai Mata'utia mo le gaosiga o le Semiconductor: Ituaiga o Su'ega Wafer

Wafer Substrates e fai ma Mea Autu ile Semiconductor Devices

Wafer substrates o le feaveai faaletino o masini semiconductor, ma o latou meatotino e fuafua tonu le faatinoga o masini, tau, ma fanua talosaga. Lalo o ituaiga autu o wafer substrates faatasi ai ma o latou lelei ma le le lelei:

1.Siliko (Si)

• Sea Maketi:E sili atu nai lo le 95% o le maketi semiconductor i le lalolagi atoa.

• Tulaga lelei:

  • Tau maualalo:Tele mea mata'utia (silicon dioxide), fa'agasologa o gaosiga matutua, ma le tamaoaiga malosi o fua.

  • Fa'atonuga maualuga:O tekonolosi CMOS e matua'i matua, e lagolago ai nodes maualuluga (fa'ata'ita'iga, 3nm).

  • tulaga lelei tioata:E mafai ona fa'atupuina u'amea u'amea lapopo'a (tele lava 12-inisi, 18-inisi o lo'o fa'atupuina) e maualalo le pona.

  • Mea tau masini mautu:Faigofie ona tipi, fa'aiila, ma tago.

• Fa'aletonu:

  • Vaiti vaapiapi (1.12 eV):maualuga le leakage o loʻo i ai i le maualuga o le vevela, faʻatapulaʻaina le faʻaogaina o masini eletise.

  • Vaavaa fa'aletonu:E matua'i maualalo le fa'avevelaina o le malamalama, e le talafeagai mo masini optoelectronic e pei o LED ma lasers.

  • Fa'atapula'a le fe'avea'i o eletise:Fa'ata'ita'iga fa'aletonu maualuga pe a fa'atusatusa i semiconductor tu'ufa'atasi.
    

2.Gallium Arsenide (GaAs)

• Talosaga:Masini RF maualuga (5G/6G), masini optoelectronic (lasers, solar cell).

• Tulaga lelei:

  • Maualuluga ole eletise (5–6x le silikoni):E talafeagai mo faʻaoga maualuga-saosaoa, maualuga-televave e pei o fesoʻotaʻiga milimita-galu.

  • Vave tuusao (1.42 eV):Fa'aliliuga photoelectric maualuga-lelei, o le faavae o lasers infrared ma LEDs.

  • Maualuluga o le vevela ma le faʻavevelaina o le vevela:E fetaui mo le vateatea ma siosiomaga faigata.

• Fa'aletonu:

  • Tau maualuga:E utiuti meafaitino, faigata le tuputupu a'e tioata (e faigofie ona ma'ema'e), fa'atapula'a le lapopo'a (tele 6-inisi).

  • Fa'ainisinia vaivai:E faigofie ona gau, e mafua ai ona maualalo le gaosiga o fua.

  • O'ona:Arsenic e manaʻomia le faʻatautaia ma le faʻatonutonuina o le siosiomaga.

3. Silicon Carbide (SiC)

• Talosaga:Masini eletise maualuga ma maualuga-voltage (EV inverters, charging stations), aerospace.

• Tulaga lelei:

  • Avanoa lautele (3.26 eV):Malosiaga malepelepe maualuga (10x le silicon), faapalepale maualuga-vevela (vevela galue> 200 °C).

  • Maualuluga o le vevela (≈3× silikoni):Ma'eu le fa'a'ese'ese o le vevela, fa'aagaoioi ai le maualuga o le malosi o le faiga.

  • Ma'imau suiga gau:Fa'aleleia le fa'aliliuina o le mana.

• Fa'aletonu:

  • Lu'itau tapenaga o mea'ai:Faʻatupulaʻia le tioata faʻagesegese (> 1 vaiaso), faʻafitauli faigata (micropipes, dislocations), tau maualuga tele (5-10x silicon).

  • Laiti osi lapoa:Ole tele ole 4–6 inisi; 8-inisi o loʻo faʻaauau pea ona atinaʻe.

  • Faigata ona fai:E faigata tele (Mohs 9.5), o le tipiina ma le fa'aiila e alu ai le taimi.

4. Gallium Nitride (GaN)

• Talosaga:Masini eletise maualuga (faʻapipiʻi vave, nofoaga autu 5G), LED lanumoana / laser.

• Tulaga lelei:

  • Fe'avea'i fa'aeletonika e sili atu le maualuga + va'ava'a lautele (3.4 eV):Tu'ufa'atasiga maualuga (>100 GHz) ma le maualuga-voltage fa'atinoga.

  • E maualalo le tetee:Fa'aitiitia le malosi o le masini.

  • Heteroepitaxy fetaui:E masani ona tupu i luga o le silicon, safaira, poʻo le SiC substrates, faʻaititia le tau.

• Fa'aletonu:

  • Fa'afaigata le tuputupu a'e o le tioata tasi:O le Heteroepitaxy e masani lava, ae o le le fetaui o lattice e faʻaalia ai faaletonu.

  • Tau maualuga:E taugata tele mea fa'apitonu'u GaN (o le 2-inisi wafer e mafai ona tau i le afe USD).

  • Lu'i fa'atuatuaina:Fa'ailoga e pei o le pa'u o lo'o iai nei e mana'omia ai le fa'aleleia atili.

5. Indium Phosphide (InP)

• Talosaga:Feso'ota'iga opitika maualuga (lasers, photodetectors), masini terahertz.

• Tulaga lelei:

  • Fe'avea'i eletise maualuga:Lagolago> 100 GHz galuega, sili atu GaAs.

  • Vave tuusa'o ma fa'afetaui le umi galu:Mea autu mo le 1.3–1.55 μm feso'ota'iga alava mata.

• Fa'aletonu:

  • Fa'apalapala ma taugata tele:O le tau o le substrate e sili atu i le 100x silicon, fa'atapula'a le lapopo'a (4-6 inisi).

6. Safaira (Al₂O₃)

• Talosaga:Uila moli (GaN epitaxial substrate), mea fa'atau eletise ufiufi tioata.

• Tulaga lelei:

  • Tau maualalo:E sili atu le taugofie nai lo SiC/GaN substrates.

  • Tulaga sili ona lelei kemikolo:Tete'e le pala, maualuga le insulate.

  • Malamalama:Talafeagai mo fausaga LED tūsaʻo.

• Fa'aletonu:

  • La'ei lattice le fetaui ma GaN (>13%):E mafua ai le maualuga o le faaletonu, e manaʻomia ai ni faʻamaufaʻailoga.

  • Le lelei le fa'avevelaina o le vevela (~ 1/20 o le silikoni):Fa'atapula'a le fa'atinoga o fa'amalama maualuga.

7. La'au Sima (AlN, BeO, ma isi)

• Talosaga:Fa'avela vevela mo modules malosi maualuga.

• Tulaga lelei:

  • Fa'a'ese'ese + maualuga fa'avevela vevela (AlN: 170–230 W/m·K):E fetaui lelei mo le afifiina maualuga.

• Fa'aletonu:

  • E le-tasi-keila:E le mafai ona lagolagoina sa'o le tuputupu a'e o masini, e na'o le fa'aogaina o mea e afifi ai.

8. Fa'avae Fa'apitoa

• SOI (Silicon on Insulator):

  • fausaga:Silikon/SiO₂/sanuisi sanuisi.

  • Tulaga lelei:Faʻaitiitia le malosi o le parasitic, faʻamaʻaʻaina o le radiation, faʻafefe le leaka (faʻaaogaina i le RF, MEMS).

  • Fa'aletonu:30-50% sili atu le taugata nai lo le silikoni tele.

• Kuata (SiO₂):Faʻaaogaina i photomasks ma MEMS; maualuga-vevela tete'e ae matua pala'ai.

• taimane:E sili ona maualuga le fa'auluina o le vevela (>2000 W/m·K), i lalo ole R&D mo le fa'amama tele o le vevela.

Laupapa Aotelega Faatusatusa

Vaega Autu mo le Filifiliga o le Substrate

• Fa'atinoga mana'omia:GaAs/InP mo le maualuga-televave; SiC mo le maualuga-voltage, maualuga-vevela; GaAs/InP/GaN mo optoelectronics.

• Fa'agata tau:Fa'atau mea fa'akomepiuta e fiafia i le silikoni; fanua maualuga-maualuga e mafai ona tauamiotonuina totogi SiC / GaN.

• Lavelave tu'ufa'atasia:Silicon e le mafai ona suia mo le CMOS fetaui.

• Pulea vevela:O talosaga maualuga e sili atu le SiC poʻo le GaN faʻavae taimane.

• Sapalai filifili matua:Si > Safaira > GaAs > SiC > GaN > InP.

Tulaga i le Lumanai

O le tu'ufa'atasiga fa'atasi (fa'ata'ita'iga, GaN-on-Si, GaN-on-SiC) o le a fa'apaleni ai le fa'atinoga ma le tau, fa'aosoina le alualu i luma i le 5G, ta'avale eletise, ma le fa'asologa o fuainumera.