Matériaux premiers clés dans la fabrication de semi-conducteurs: types de substrats de plaquettes

Les substrats de wafer servent de porteurs physiques des dispositifs semi-conducteurs, leurs propriétés matérielles influençant directement les performances, le coût et la portée des applications des dispositifs.Ci-dessous sont présentés les principaux types de substrats de gaufres et leurs avantages et inconvénients respectifs:

1. le silicium (Si)

Part de marché: domine plus de 95% du marché mondial des semi-conducteurs.

Les avantages:

• Faible coût: les matières premières abondantes (dioxyde de silicium) et les procédés de fabrication matures permettent des économies d'échelle importantes.
• Compatibilité élevée des processus: la technologie CMOS hautement mature prend en charge la fabrication à l'échelle nanométrique (par exemple, les nœuds 3 nm).
• Excellente qualité cristalline: Capable de produire des cristaux simples de grande taille (12 pouces primaires, 18 pouces en cours de développement) avec peu de défauts.
• Propriétés mécaniques stables: facile à couper, polir et traiter.

Je suis désolée.

Les inconvénients:

• Étroite bande passante (1,12 eV): courant de fuite élevé à température élevée, limitant l'efficacité des appareils électriques.
• Intervalle de bande indirecte : Efficacité d'émission lumineuse extrêmement faible, impropre aux appareils optoélectroniques (par exemple, LED, lasers).
• Mobilité électronique limitée: Performance inférieure en haute fréquence par rapport aux semi-conducteurs composés.

Je suis désolée.

Les plaquettes de silicium de ZMSH

2. Arsenide de gallium (GaAs)

Applications : appareils RF à haute fréquence (5G/6G), appareils optoélectroniques (lasers, cellules solaires).

Les avantages:

• Haute mobilité électronique (5 ‰ 6 × celle du silicium): idéal pour les applications à haute vitesse et à haute fréquence (communications en mmWave).
• bande passante directe (1,42 eV): conversion photoélectrique efficace, qui constitue la base des lasers infrarouges et des LED.
• Résistance thermique/radiative: Convient pour les environnements aérospatiaux et à haute température.

Les inconvénients:

• Coût élevé: Matériau rare avec une croissance cristalline complexe (préoccupée par les dislocations); les tailles des plaquettes sont petites (6 pouces primaires).
• Fragilité mécanique: sujette à la fragmentation, ce qui entraîne de faibles rendements de transformation.
• Toxicité: un contrôle strict est requis pour la manipulation de l'arsenic.

Je suis désolée.

Les plaquettes GaAs de ZMSH

3. du carbure de silicium (SiC)

Applications : appareils électriques à haute température/haute tension (inverseurs électriques, piles de charge), aérospatiale.

Les avantages:

• Large bande passante (3,26 eV): résiste à des tensions élevées (intensité de champ de décomposition 10 fois celle du silicium) et fonctionne à > 200 °C.
• Haute conductivité thermique (3 fois celle du silicium): une dissipation thermique efficace améliore la densité de puissance du système.
• Faibles pertes de commutation: améliore l'efficacité de la conversion de puissance.

Les inconvénients:

• Préparation du substrat difficile: croissance lente des cristaux (> 1 semaine) et contrôle difficile des défauts (microtubes, dislocations); coût 5×10 fois celui du silicium.
• Tailles de petite gaufre: 4 ′′ 6 pouces; 8 pouces de développement en cours.
• Difficile de traitement: la dureté élevée (Mohs 9,5) rend la découpe et le polissage longs.

Je suis désolée.

Les plaquettes de SiC de ZMSH

4Nitrure de gallium (GaN)

Applications : appareils électriques à haute fréquence (chargeurs rapides, stations de base 5G), LED/lasers bleus.

Les avantages:

• Mobilité électronique ultra-haute + large bande passante (3,4 eV): combine des caractéristiques de haute fréquence (> 100 GHz) et de haute tension.
• Faible résistance: réduit la consommation d'énergie du dispositif.
• Compatibilité épitaxique hétérogène: souvent cultivée sur des substrats de silicium, de saphir ou de SiC pour réduire les coûts.

Je suis désolée.

Les inconvénients:

• Difficulté de croissance des cristaux en vrac: le courant dominant repose sur l'épitaxie hétérogène, avec des défauts induits par une inadéquation du réseau.
• Coût élevé: Les substrats GaN autoportants sont coûteux (des plaquettes de 2 pouces peuvent coûter des milliers de dollars).
• Défis en matière de fiabilité: l'effet d'effondrement actuel nécessite une optimisation.

Les plaquettes GaN de ZMSH

Le phosphore-indium (InP)

Applications : Optoélectronique à haute vitesse (lasers, détecteurs), appareils terahertz.

Les avantages:

• Mobilité électronique ultra-haute: prend en charge un fonctionnement à haute fréquence > 100 GHz (supérieur aux GaAs).
• Distance de bande directe avec correspondance de longueur d'onde: essentielle pour les communications en fibre optique de 1,3 à 1,55 μm.

Les inconvénients:

• Fragilité et coût élevé: les prix des substrats sont plus de 100 fois supérieurs à ceux du silicium; les tailles des plaquettes sont petites (4 à 6 pouces).

Je suis désolée.

Le ZMSHRésultats de l'enquêteles plaquettes

6. le saphir (Al2O3)

Applications : éclairage à LED (substrats épitaxiaux GaN), revêtements d'électronique grand public.

Les avantages:

• Faible coût: moins cher que les substrats SiC/GaN.
• Stabilité chimique: résistant à la corrosion et isolant.
• Transparence: Convient pour les LED à structure verticale.

Les inconvénients:

• Disconformité de la grille avec le GaN (> 13%) : nécessite des couches tampons pour réduire les défauts épitaxiaux.
• Faible conductivité thermique (≈1/20 de celle du silicium): limite les performances des LED à haute puissance.

Le ZMSHsaphirles plaquettes

7. Oxyde d'aluminium/substrats céramiques (par exemple, AlN, BeO)

Applications : Substrats de dissipation de chaleur pour les modules à haute puissance.

Les avantages:

• Isolation + haute conductivité thermique (AlN: 170 ̊230 W/m·K): idéal pour les emballages à haute densité.

Les inconvénients:

• Non monocristallines: ne peuvent pas être utilisées directement pour la culture des produits; elles sont utilisées uniquement comme substrat d'emballage.

Le substrat en céramique d'alumine de ZMSH

8. Substrats spécialisés

• Le SOI (Silicium sur isolant):

1. Structure : Silicium/dioxyde de silicium/sandwich de silicium.Je suis désolée.
2. Avantages : réduit la capacité parasitaire, la dureté du rayonnement et le courant de fuite (utilisé en RF, MEMS).
3. Inconvénients: 30 à 50% de plus que le silicium en vrac.

• Quartz (SiO2):Utilisé dans les photomasques, MEMS; résistant à la chaleur mais fragile.
• Diamant:Conductivité thermique maximale (> 2000 W/m·K) en cours de développement pour une dissipation thermique extrême.

Wafer SOI de ZMSH, Wafer Quartz, Sous-strate diamanté

Résumé du tableau de comparaison

Facteurs clés pour la sélection

1. Exigences de performance : les applications à haute fréquence privilégient les GaAs/InP; les applications à haute tension/haute température nécessitent du SiC; l'optoélectronique préfère les GaAs/InP/GaN.
2. Limites de coût : l'électronique grand public privilégie le silicium; les secteurs haut de gamme acceptent des prix plus élevés pour le SiC/GaN.
3. Complexité d'intégration: la compatibilité CMOS au silicium reste inégalée.
4. Gestion thermique: les appareils à haute puissance privilégient le SiC ou le GaN à base de diamant.
5. Maturité de la chaîne d'approvisionnement : silicium > saphir > GaAs > SiC > GaN > InP.

Les tendances à venir

L'intégration hétérogène (par exemple, GaN sur le silicium, SiC sur GaN) permettra d'équilibrer les performances et les coûts, favorisant les progrès de la 5G, des véhicules électriques et de l'informatique quantique.

Services de la ZMSH Je suis désolée.

En tant que fournisseur de services complets intégrés de fabrication et de commerce de matériaux semi-conducteurs, nous fournissons des solutions de chaîne d'approvisionnement de produits à chaîne complète à partir de substrats de plaquettes (Si/GaAs/SiC/GaN, etc.).) aux photorésistants et aux matières polissantes CMP. En tirant parti des bases de production auto-développées et d'un réseau mondialisé de chaîne d'approvisionnement,Nous combinons des capacités de réponse rapide avec un soutien technique professionnel pour permettre aux clients d'obtenir des opérations stables de la chaîne d'approvisionnement et des résultats gagnant-gagnant grâce à l'innovation technologique.Je suis désolé.