1. substrate
1. Definisyon ak fonksyon
· Sipò fizik: substrate a se konpayi asirans lan nan aparèy la semi -conducteurs, anjeneral, yon sikilè oswa kare wafer kristal sèl (tankou yon wafer Silisyòm).
· Modèl kristal: Ofri yon modèl pou aranjman atomik pou kwasans kouch epitaksyal pou asire ke kouch epitaksyal la konsistan avèk estrikti kristal substrate (homoepitaxial) oswa alimèt (heteroepitaxial).
· Baz elektrik: Pati nan substrate a dirèkteman patisipe nan kondiksyon nan aparèy la (tankou Silisyòm ki baze sou pouvwa aparèy), oswa aji kòm yon izolan izole kous la (tankou yon substra safi).
2. Konparezon materyèl substrate endikap
|
Materyèl |
Karakteristik |
Aplikasyon tipik |
|
Silisyòm (SI) |
Pri ki ba, teknoloji ki gen matirite, mwayen konduktivite tèmik |
Sikui entegre, MOSFET, IGBT |
|
Safi (al₂o₃) |
Izolasyon, rezistans tanperati ki wo, gwo dezekilib lasi (jiska 13% ak GaN) |
Gan ki baze sou poul, aparèy RF |
|
Silisyòm carbure (sik) |
Segondè konduktiviti tèmik, gwo fòs pann, rezistans tanperati ki wo |
Modil pouvwa elektrik machin, 5g estasyon baz RF aparèy |
|
Gallium Arsenide (GaAs) |
Ekselan karakteristik segondè frekans, diferans bann dirèk |
RF bato, diodes lazè, selil solè |
|
Gallium nitrid (gan) |
Gwo mobilite elèktron, rezistans segondè vòltaj |
Fast chaje adaptè, milimèt vag kominikasyon aparèy |
3. Konsiderasyon Nwayo pou seleksyon substrate
· Matche lasi: Diminye domaj kouch epitaksyal (egzanp Gan\/Safi lasi dezekilib rive nan 13%, ki egzije yon kouch tanpon).
· Koyefisyan ekspansyon tèmik matche: Evite estrès fann ki te koze pa chanjman tanperati.
· Pri ak pwosesis konpatibilite: Pou egzanp, Silisyòm substrats domine prensipal la akòz pwosesis ki gen matirite.
2. Kouch epitaksyal
1. Definisyon ak objektif
Kwasans epitaksyal: Depozisyon yon sèl fim kristal mens sou sifas la substrate pa chimik oswa metòd fizik, ak aranjman nan atomik entèdi aliyen ak substra la.
Fonksyon debaz:
- Amelyore pite materyèl (substrate a ka gen enpurte).
- Bati estrikti heterogeneous (tankou GaAs\/algaas pwi pwopòsyonèl).
- Izole domaj substrate (tankou domaj micropipe sou substrats sik).
2. Klasifikasyon nan teknoloji epitaksyal
|
Teknoloji |
Prensip |
Karakteristik |
Materyèl ki aplikab yo |
|
Mocvd |
Metal òganik sous + reyaksyon gaz (tankou TMGA + NH₃ jenere GAN) |
Apwopriye pou semi -kondiktè konpoze, pwodiksyon an mas |
Gan, GaAs, INP |
|
MBE |
Molekilè gwo bout bwa kouch-pa-kouch depozisyon anba ultra-segondè vakyòm |
Kontwòl nivo atomik, to kwasans ralanti, gwo pwi |
Superlattice, pwen pwopòsyonèl |
|
LPCVD |
Dekonpozisyon tèmik nan gaz Silisyòm sous (tankou Sih₄) anba presyon ki ba |
Endikap Silisyòm epitaksi teknoloji, bon inifòmite |
Si, sige |
|
Hvpe |
Segondè tanperati halogen vapè faz epitaksi |
To kwasans vit, apwopriye pou fim epè (tankou substrats GaN) |
Gan, ZnO |
3. Paramèt kle nan konsepsyon kouch epitaksyal
- Epesè: soti nan yon nanomètr kèk (pwopòsyon byen) nan dè dizèn de mikron (epilayer nan aparèy pouvwa).
- Dopan: jisteman kontwole konsantrasyon an konpayi asirans pa enpurte dopan tankou fosfò (N-kalite) ak bor (P-kalite).
- Kalite koòdone: dezekilib lasi bezwen yo dwe soulaje pa kouch tanpon (tankou GaN\/ALN) oswa superlattice long.
4. Defi ak solisyon nan kwasans heteroepitaxial
- Lattice dezekilib:
- Kouch tanpon gradyan: piti piti chanje konpozisyon an soti nan substra kouch epitaksyal (tankou kouch gradyan Algan).
- Low-tanperati nucleation kouch: grandi kouch mens nan tanperati ki ba diminye estrès (tankou ba-tanperati ALN nucleation kouch nan GAN).
- Tèmik dezekilib: Chwazi yon konbinezon de materyèl ki gen menm koefisyan ekspansyon tèmik, oswa itilize yon konsepsyon koòdone fleksib.
3. Ka aplikasyon sinèrjetik nan substrate ak epitaksi
Ka 1: Gan ki baze sou ki ap dirije
Substrate: safi (pri ki ba, izolasyon).
Estrikti epitaksyal:
- Kouch tanpon (ALN oswa ba-tanperati GaN) → Diminye domaj dezekilib lasi.
- N-kalite GAN kouch → Bay elektwon.
- Ingan\/GaN milti-up byen → kouch limyè ki emèt.
- P-tip GAN kouch → Bay twou.
Rezilta: dansite domaj se osi ba ke 10⁸ cm⁻², ak efikasite lumineux se siyifikativman amelyore.
Ka 2: sic pouvwa MOSFET
Substrate: 4H-SiC sèl kristal (kenbe tèt ak vòltaj jiska 10 kV).
Kouch epitaksyal:
- N-tip sic drift kouch (epesè 10-100 μm) → kenbe tèt ak vòltaj segondè.
- P-Type SiC Rejyon Sèvi → Kontwòl Chèn Fòmasyon.
Avantaj: 90% pi ba sou-rezistans pase aparèy Silisyòm, 5 fwa pi vit vitès oblije chanje.
Ka 3: Silisyòm ki baze sou aparèy Gan RF
Substrate: segondè-rezistans Silisyòm (pri ki ba, fasil entegre).
Kouch epitaksyal:
- ALN Nucleation Kouch → soulaje dezekilib la lasi ant Si ak GaN (16%).
- Kouch tanpon GaN → kaptire domaj ak anpeche yo soti nan pwolonje nan kouch aktif la.
- Algan\/Gan Heterojunction → Fòm yon gwo chanèl Mobilite elèktron (HEMT).
Aplikasyon: 5G baz estasyon anplifikatè pouvwa, ak yon frekans nan plis pase 28 GHz.
