Каковы основные типы полупроводниковых пластин?
В полупроводниковой и микроэлектронной промышленности пластины служат основой для изготовления интегральных схем, МЭМ-устройств, датчиков и других микромасштабных структур. Чёткое понимание основных типов пластин необходимо инженерам-технологам, материаловедам и закупщикам. В этой статье рассматриваются основные категории полупроводниковых пластин, сравниваются их характеристики и освещаются некоторые новые тенденции. В конце мы кратко расскажем о том, как плутоний вписывается в ландшафт как поставщик пластин.
классификация полупроводниковых пластин
Полупроводниковые пластины можно классифицировать по нескольким осям: состав материала, структура (объемные или спроектированные), кристаллографическая ориентация, легирующие или эпитаксиальные слои и специальные типы подложек (например, для энергетики или фотоники). Ниже приведены основные типы, встречающиеся в промышленности и научных исследованиях.
1. кремниевые (Si) пластины
Кремниевые пластины остаются наиболее широко используемой подложкой в полупроводниковой промышленности благодаря отработанным процессам изготовления, доступности высокочистого кремния и широкой экосистемной поддержке.
монокристаллический кремний (объемный кремний): это монокристаллические пластины, вырезанные из слитка кремния, полученного методом Чохральского (cz) или плавающей зоной (fz). Их диаметр обычно составляет от 50 до 300 мм (а на современных фабриках — до 450 мм). Поверхность обычно полируется до зеркальной гладкости и, при необходимости, подвергается химической обработке (CMP, RCA Clean).
эпитаксиальные (эпи) кремниевые пластины: тонкий, высококачественный слой кремния выращивается поверх более тяжелой кремниевой подложки. ЭПИ-слой может быть слабо легированным, слабо дефектным или иметь специальную толщину (от сотен нанометров до нескольких микрометров). ЭПИ-пластины особенно популярны в производстве логических, радиочастотных и аналоговых устройств.
В кремниевых пластинах имеются и другие отличия:
виды допинга (n-тип, p-тип)
диапазоны сопротивления (низкое, среднее, высокое удельное сопротивление)
ориентация кристалла (например, (100), (111), (110))
полированная и неполированная задняя поверхность
тонкие пластины (механически истончен для уменьшения толщины для усовершенствованной упаковки)
2. пластины кремния на изоляторе (КНИ)
Пластины SoI состоят из изолирующего слоя (обычно диоксида кремния или скрытого оксида, типа «коробка»), расположенного между двумя кремниевыми слоями: кремниевым слоем-подложкой и верхним слоем кремния-устройства. Такая структура уменьшает паразитную емкость, уменьшает утечки и улучшает высокочастотные характеристики. Пластины SoI бывают нескольких видов:
разделение имплантированным оксидом (симоксом): ионы кислорода имплантируются и отжигаются, образуя скрытый оксид.
склеивание пластин + перенос слоев (например, интеллектуальная резка): тонкая кремниевая пленка переносится на окисленную подложку с помощью методов склеивания и разделения.
склеенная и протравленная задняя часть (beсебя): склеивание двух кремниевых пластин и утончение одной стороны для достижения желаемого слоя.
Пластины себя широко используются в СВЧ, МЭМ, датчиках изображений и маломощных логических схемах.
3. пластины полупроводниковых соединений
Пластины составных полупроводников изготавливаются из составных материалов, а не из элементарного кремния. Они используются в высокоскоростных, высокочастотных, оптоэлектронных и силовых устройствах.
арсенид галлия (gaas) пластины: используются в микроволновых, радиочастотных и оптоэлектронных устройствах (светодиоды, лазерные диоды).
фосфид индия (ИН) пластины: широко используются в фотонных и высокоскоростных коммуникационных устройствах.
нитрид галлия (ган) пластины (или gan-on-сапфир, gan-on-si): используются в силовой электронике, радиочастотных усилителях и светодиодах.
карбид кремния (sic) пластины: идеально подходят для высоковольтных, высокотемпературных и высокомощных применений благодаря широкой запрещенной зоне.
другие соединения iii-v или ii-vi: например, задыхаться, дышать, ахать и т. д.
Композитные пластины часто требуют согласования решеток, буферных слоев и тщательного управления дефектами из-за их кристаллической сложности.
4. сапфировые (al₂o₃) пластины
Сапфировые пластины представляют собой монокристаллический оксид алюминия. Они оптически прозрачны, прочны и химически инертны. Основные области применения:
светодиодные и микросветодиоды
оптические окна, микросхемы и сенсорные приложения
субстрат для роста устройств ган (ган-на-сапфире — распространённое сочетание)
Сапфировые подложки более дороги и механически хрупки, но они обеспечивают превосходные изоляционные и оптические свойства.
5. стеклянные, кварцевые и керамические пластины / изолирующие подложки
Эти пластины представляют собой неполупроводниковые подложки, используемые в МЭМ, дисплеях, СВЧ и микрофлюидике.
пластины из плавленого кварца/кварца: высокая чистота, низкое тепловое расширение, хорошие оптические характеристики.
пластины из боросиликатного стекла: экономически эффективны и широко используются в микросхемах, микрофлюидике и дисплейных панелях.
пластины из низкотемпературной совместно обожженной керамики (LTCC) или оксида алюминия: используется в гибридных микросистемах, корпусировании и высокотемпературной электронике.
Такие изолирующие подложки также могут быть обработаны методами осаждения тонких пленок или микротехнологий.
6. силовые / высоковольтные специальные пластины
В силовой электронике пластины должны выдерживать высокое напряжение, сильный ток и термическую нагрузку. К специальным типам пластин относятся:
n-типа или полуизолирующие кремниевые пластины
композитные пластины gan-on-si или gan-on-sic
кремниевые пластины со специфическими профилями легирования и эпитаксиальными слоями для силовых устройств
Качество, плотность дефектов и тепловые свойства таких пластин имеют решающее значение для надежной и эффективной работы электростанции.
сравнительная таблица основных типов пластин
| wafer type | material / structure | typical applications | key advantages | challenges / limitations |
|---|---|---|---|---|
| кремний (объемный) | монокристаллический кремний | общие ИС, МЭМ, КМОП | зрелый процесс, низкая стоимость | паразитные эффекты, пределы масштабирования |
| эпитаксиальный кремний | если + и слой | логика, аналоговая, радиочастотная | специальное легирование, высокая чистота | стоимость эпи-роста, дефекты |
| себя | ты / коробка / ты складываешь | радиочастотный, датчик, маломощная логика | уменьшение паразитов, изоляция | стоимость, теплопроводность |
| газ / исп / каннабис / sic | соединения полупроводников | радиочастотная связь, фотоника, мощность | высокая скорость, широкая запрещенная зона | дефекты решетки, стоимость, выход |
| сапфир | al₂o₃ | светодиоды, оптоэлектроника, МЭМ | оптическая прозрачность, изоляция | хрупкость, стоимость, тепловое несоответствие |
| стекло / керамика / кварц | изоляторы | мемы, упаковка, дисплей | дешевый, изолирующий, универсальный | температурные пределы, трещина, плоскостность |
возникающие тенденции и соображения
На рынке вафель формируются несколько тенденций:
больший диаметр пластин: переход с 200 мм на 300 мм и изучение 450 мм для повышения производительности и снижения затрат на каждое устройство.
ультратонкие и гибкие пластины: для усовершенствованной упаковки, 3D-укладки и складной электроники.
гетерогенная интеграция: склеивание разнородных типов пластин (например, GAN на Si) для комбинирования лучших материалов.
расширенный контроль поверхности и дефектов: по мере уменьшения размеров узлов устройства все более важными становятся плоскостность пластины, плотность дефектов и качество кристалла.
новые материалы подложки: изучаются новые полупроводники, составные смеси и изоляторы, предназначенные для использования в будущих узлах или специализированных приложениях.
почему стоит рассмотреть плутосеми для пластин
В сфере поставок пластин ключевыми факторами являются надежность, качество и гибкость настройки. плутоний — поставщик полупроводниковых материалов, основанный в 2019 году в Фошане (Китай), специализирующийся на производстве высокоточных пластин.
Они предлагают широкий ассортимент продукции, включая кремниевые пластины, солнечные пластины, сапфировые пластины, пластины из сложных полупроводников, стеклянные пластины и керамические пластины. Их производственные мощности включают большой ежемесячный выпуск кремниевых и стеклянных подложек, и они поддерживают такие последующие услуги, как SOI, TSV, TGV и эпитаксиальные процессы.
Для компаний или научно-исследовательских институтов, ищущих комплексного поставщика пластин, предлагающего как стандартные подложки, так и индивидуальные решения, компания плутоний может стать достойным внимания кандидатом.
краткое содержание
Понимание основных типов полупроводниковых пластин имеет основополагающее значение для выбора правильной подложки для устройств в области логики, памяти, питания, фотоники, МЭМ и других областях. К основным категориям относятся объемный кремний, эпитаксиальный кремний, SOI, подложки из сложных полупроводников (GaAs, Gan, Sic, InP), сапфир и пластины из изолирующего стекла или керамики. Каждый тип имеет свои компромиссы в отношении стоимости, производительности, устойчивости к дефектам и совместимости с процессами.
При выборе поставщика важны такие факторы, как чистота материала, уровень дефектов, плоскостность пластины, поддержка процесса и возможность настройки. В этом контексте, плутоний позиционирует себя как универсальный поставщик, предлагающий широкий спектр вариантов пластин и сопутствующих услуг.