เวเฟอร์เอปิแอกเชียลแกลเลียมไนไตรด์: ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการผลิต

แกลเลียมไนไตรด์ (GaN)เวเฟอร์ epitaxisการเติบโตเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ซึ่งมักใช้วิธีสองขั้นตอน วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน รวมถึงการอบที่อุณหภูมิสูง การเติบโตของชั้นบัฟเฟอร์ การตกผลึกซ้ำ และการหลอมอ่อน ด้วยการควบคุมอุณหภูมิอย่างพิถีพิถันตลอดขั้นตอนเหล่านี้ วิธีการขยายแบบสองขั้นตอนจึงป้องกันการบิดงอของแผ่นเวเฟอร์ที่เกิดจากความไม่ตรงกันหรือความเครียดของโครงตาข่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เป็นวิธีการผลิตที่โดดเด่นสำหรับเวเฟอร์ epitaxis GaNทั่วโลก

1. ความเข้าใจเวเฟอร์อีพิเทเชียล

หนึ่งเวเฟอร์ epitaxisประกอบด้วยซับสเตรตผลึกเดี่ยวซึ่งมีการเพิ่มชั้นผลึกเดี่ยวใหม่ ชั้นเยื่อบุผิวนี้มีบทบาทสำคัญในการพิจารณาประสิทธิภาพประมาณ 70% ของอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย ทำให้กลายเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์

ตำแหน่งต้นน้ำในห่วงโซ่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์ epitaxisทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่สนับสนุนอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด ผู้ผลิตใช้เทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การสะสมไอสารเคมี (CVD) และ Molecular Beam Epitaxy (MBE) เพื่อสะสมและขยายชั้นเยื่อบุผิวบนวัสดุซับสเตรต จากนั้นเวเฟอร์เหล่านี้จะได้รับการประมวลผลเพิ่มเติมผ่านการพิมพ์หินด้วยแสง การสะสมของฟิล์มบาง และการแกะสลักจนกลายเป็นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ต่อมาสิ่งเหล่านี้เวเฟอร์จะถูกหั่นเป็นลูกเต๋าแต่ละชิ้น จากนั้นจึงบรรจุและทดสอบเพื่อสร้างวงจรรวมขั้นสุดท้าย (IC) ตลอดกระบวนการผลิตชิปทั้งหมด การโต้ตอบอย่างต่อเนื่องกับขั้นตอนการออกแบบชิปเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะตรงตามข้อกำหนดเฉพาะและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทั้งหมด

2. การประยุกต์ใช้ GaNเวเฟอร์อีพิเทเชียล

คุณสมบัติโดยธรรมชาติของ GaN ทำให้เวเฟอร์ epitaxis GaNเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังสูง ความถี่สูง และการทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าปานกลางถึงต่ำ ขอบเขตการใช้งานที่สำคัญบางส่วน ได้แก่ :

แรงดันพังทลายสูง: แถบความถี่กว้างของ GaN ช่วยให้อุปกรณ์ทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับซิลิกอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์แบบดั้งเดิม คุณลักษณะนี้ทำให้ GaN เหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น สถานีฐาน 5G และระบบเรดาร์ทางการทหาร

ประสิทธิภาพการแปลงสูง: อุปกรณ์สวิตชิ่งที่ใช้ GaN มีความต้านทานออนต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ซิลิกอน ส่งผลให้สูญเสียการสวิตชิ่งลดลงและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การนำความร้อนสูง: การนำความร้อนที่ดีเยี่ยมของ GaN ช่วยให้กระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงและอุณหภูมิสูง

ความแรงของสนามไฟฟ้าพังทลายสูง: แม้ว่าความแรงของสนามไฟฟ้าพังทลายของ GaN เทียบได้กับซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) แต่ปัจจัยต่างๆ เช่น การประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์และความไม่ตรงกันของตาข่ายมักจะจำกัดความสามารถในการจัดการแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ GaN ให้อยู่ที่ประมาณ 1,000V โดยมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ปลอดภัยโดยทั่วไปต่ำกว่า 650V

3. จำแนก GaNเวเฟอร์อีพิเทเชียล

เนื่องจากเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม GaN มีข้อดีมากมาย รวมถึงการทนต่ออุณหภูมิสูง ความเข้ากันได้ดีเยี่ยม ค่าการนำความร้อนสูง และแถบความถี่ที่กว้าง สิ่งนี้นำไปสู่การนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆเวเฟอร์ epitaxis GaNสามารถจัดหมวดหมู่ตามวัสดุซับสเตรตได้: GaN-on-GaN, GaN-on-SiC, GaN-on-Sapphire และ GaN-on-Silicon ในบรรดาสิ่งเหล่านี้เวเฟอร์ GaN-on-Siliconปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าและกระบวนการผลิตที่ครบถ้วน-