Хагас дамжуулагч материалын эхний үеийг уламжлалт цахиур (Si) болон германий (Ge) төлөөлдөг бөгөөд эдгээр нь интеграл хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндэс суурь болдог. Эдгээрийг бага хүчдэл, бага давтамж, бага чадлын транзистор болон детекторуудад өргөн ашигладаг. Хагас дамжуулагч бүтээгдэхүүний 90 гаруй хувь нь цахиур дээр суурилсан материалаар хийгдсэн;
Хоёр дахь үеийн хагас дамжуулагч материалыг галлийн арсенид (GaAs), индийн фосфид (InP) болон галлийн фосфид (GaP) төлөөлдөг. Цахиур дээр суурилсан төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад тэдгээр нь өндөр давтамжтай, өндөр хурдтай оптоэлектроник шинж чанартай бөгөөд оптоэлектроник болон микроэлектроникийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг.
Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалуудыг цахиурын карбид (SiC), галлийн нитрид (GaN), цайрын исэл (ZnO), алмаз (C), хөнгөн цагаан нитрид (AlN) зэрэг шинээр гарч ирж буй материалууд төлөөлж байна.
Цахиурын карбиднь гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хөгжилд чухал суурь материал юм. Цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжүүд нь маш сайн өндөр хүчдэлийн эсэргүүцэл, өндөр температурт тэсвэртэй байдал, бага алдагдал болон бусад шинж чанараараа цахилгаан электрон системийн өндөр үр ашиг, жижигрүүлэлт, хөнгөн жингийн шаардлагыг үр дүнтэй хангаж чаддаг.
Өндөр зурвасын зай (өндөр задаргааны цахилгаан орон болон өндөр чадлын нягтралтай тохирч), өндөр цахилгаан дамжуулах чанар, өндөр дулаан дамжуулах чадвар зэрэг давуу талуудтай тул ирээдүйд хагас дамжуулагч чип хийхэд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг үндсэн материал болно гэж найдаж байна. Ялангуяа шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгсэл, фотоволтайк цахилгаан үйлдвэрлэл, төмөр замын тээвэр, ухаалаг сүлжээ болон бусад салбарт илэрхий давуу талуудтай.
SiC үйлдвэрлэлийн процессыг гурван үндсэн үе шатанд хуваадаг: SiC дан талст өсөлт, эпитаксиаль давхаргын өсөлт болон төхөөрөмж үйлдвэрлэл, эдгээр нь үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний дөрвөн үндсэн холбоостой тохирч байна.суурь, эпитакси, төхөөрөмжүүд болон модулиуд.
Субстрат үйлдвэрлэх гол арга нь эхлээд өндөр температурын вакуум орчинд нунтагыг сублимацилах физик уурын сублимацийн аргыг ашиглан температурын талбарыг хянах замаар үрийн талстын гадаргуу дээр цахиурын карбидын талстыг ургуулдаг. Цахиурын карбидын вафлийг субстрат болгон ашиглан химийн уурын тунадасжуулалтыг ашиглан вафль дээр дан талст давхаргыг хуримтлуулж эпитаксиаль вафль үүсгэдэг. Эдгээрийн дотор дамжуулагч цахиурын карбидын субстрат дээр цахиурын карбидын эпитаксиаль давхаргыг ургуулж цахилгаан төхөөрөмж болгон ашиглаж болох бөгөөд эдгээрийг голчлон цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, фотоэлектрик болон бусад салбарт ашигладаг; хагас тусгаарлагч дээр галлий нитридийн эпитаксиаль давхаргыг ургуулахцахиурын карбидын суурьцаашлаад 5G харилцаа холбоо болон бусад салбарт ашигладаг радио давтамжийн төхөөрөмж болгон ашиглаж болно.
Одоогоор цахиурын карбидын суурь нь цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийн сүлжээнд хамгийн өндөр техникийн саад бэрхшээлтэй тулгардаг бөгөөд цахиурын карбидын суурь нь үйлдвэрлэхэд хамгийн хэцүү байдаг.
SiC-ийн үйлдвэрлэлийн саад бэрхшээл бүрэн шийдэгдээгүй бөгөөд түүхий эдийн болор баганын чанар тогтворгүй, гарцын асуудал үүсдэг нь SiC төхөөрөмжийн өндөр өртөгт хүргэдэг. Цахиурын материалыг болор саваа болгон ургуулахад дунджаар 3 хоног л хангалттай байдаг бол цахиурын карбидын болор саваа хийхэд долоо хоног л хангалттай. Ердийн цахиурын болор саваа 200 см урт ургадаг бол цахиурын карбидын болор саваа ердөө 2 см урт ургадаг. Түүнээс гадна, SiC нь өөрөө хатуу, хэврэг материал бөгөөд уламжлалт механик зүсэлттэй вафлийн зүсэлтийг ашиглах үед түүгээр хийсэн вафли нь ирмэг хагарах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь бүтээгдэхүүний гарц, найдвартай байдалд нөлөөлдөг. SiC суурь нь уламжлалт цахиурын гулдмайнаас маш өөр бөгөөд цахиурын карбидыг боловсруулахын тулд тоног төхөөрөмж, процесс, боловсруулалтаас эхлээд зүсэлт хүртэл бүх зүйлийг боловсруулах шаардлагатай байдаг.
Цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээг голчлон субстрат, эпитакси, төхөөрөмж ба хэрэглээ гэсэн дөрвөн үндсэн холбоос болгон хуваадаг. Субстрат материал нь үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний үндэс суурь, эпитаксиал материал нь төхөөрөмж үйлдвэрлэлийн гол түлхүүр, төхөөрөмж нь үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний цөм, хэрэглээ нь үйлдвэрлэлийн хөгжлийн хөдөлгөгч хүч юм. Дээд урсгалын үйлдвэрлэл нь түүхий эдийг ашиглан физик уурын сублимацийн арга болон бусад аргаар субстрат материалыг үйлдвэрлэж, дараа нь химийн уурын тунадасжуулалтын арга болон бусад аргыг ашиглан эпитаксиал материалыг ургуулдаг. Дунд урсгалын үйлдвэрлэл нь дээд урсгалын материалыг ашиглан радио давтамжийн төхөөрөмж, цахилгаан төхөөрөмж болон бусад төхөөрөмжийг үйлдвэрлэдэг бөгөөд эдгээрийг эцсийн эцэст 5G холбооны доод хэсэгт ашигладаг. Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, төмөр замын тээвэр гэх мэт. Эдгээрийн дотор субстрат болон эпитакси нь үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний өртгийн 60%-ийг эзэлдэг бөгөөд үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний гол үнэ цэнэ юм.
SiC суурь: SiC талстуудыг ихэвчлэн Лели аргыг ашиглан үйлдвэрлэдэг. Олон улсын томоохон бүтээгдэхүүнүүд 4 инчээс 6 инч рүү шилжиж байгаа бөгөөд 8 инчийн дамжуулагч суурь бүтээгдэхүүнийг боловсруулсан. Дотоодын суурь нь голчлон 4 инч юм. Одоо байгаа 6 инчийн цахиурын вафлийн үйлдвэрлэлийн шугамыг сайжруулж, SiC төхөөрөмж үйлдвэрлэх боломжтой тул 6 инчийн SiC суурьны зах зээлийн өндөр хувийг удаан хугацаанд хадгалах болно.
Цахиурын карбидын суурь процесс нь нарийн төвөгтэй бөгөөд үйлдвэрлэхэд хэцүү байдаг. Цахиурын карбидын суурь нь нүүрстөрөгч ба цахиур гэсэн хоёр элементээс бүрдсэн хагас дамжуулагч дан талст материалын нийлмэл материал юм. Одоогийн байдлаар үйлдвэрлэл нь цахиурын карбидын нунтагыг нийлэгжүүлэх түүхий эд болгон голчлон өндөр цэвэршилттэй нүүрстөрөгчийн нунтаг болон өндөр цэвэршилттэй цахиурын нунтагыг ашигладаг. Тусгай температурын талбайн дор болор ургалтын зууханд янз бүрийн хэмжээтэй цахиурын карбидыг ургуулахад боловсорсон физик уур дамжуулах аргыг (PVT арга) ашигладаг. Кристал ембүүг эцэст нь боловсруулж, зүсэж, нунтаглаж, өнгөлж, цэвэрлэж, бусад олон процессоор цахиурын карбидын суурь гаргаж авдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 5-р сарын 22