Вибір матеріалів у виробництві напівпровідників: кремній, SiC, GaAs і сапфір

Для інженерів і спеціалістів із закупівель у виробників пристроїв вибір оптимальної підкладки для пластин є основоположним рішенням із далекосяжними-наслідками для продуктивності, вартості та успіху на ринку. У той час як кремній залишається беззаперечною робочою конячкою в галузі, розвиток складних напівпровідників, таких як карбід кремнію (SiC) і арсенід галію (GaAs), поряд зі спеціальними матеріалами, такими як сапфір, розширив інструментарій дизайнера. У цій статті наведено детальне порівняння цих ключових матеріалів, аналіз їхніх властивостей, ідеального застосування та компромісу-вигоди-вартості, щоб керувати процесом вибору.

1. Кремній: універсальна основа
Домінування кремнію пояснюється його чудовим балансом електронних властивостей, природним багатством і зрілою,-рентабельною виробничою екосистемою. Це вибір за замовчуванням для переважної більшості інтегральних схем (ІС), мікропроцесорів, мікросхем пам’яті та стандартних фотоелектричних елементів. Сучасні кремнієві пластини пропонують неймовірну універсальність, доступні в діаметрах до 12 дюймів, з різними кристалографічними орієнтаціями (наприклад,<100>, <111>), типи легування (P/N) і діапазони питомого опору (від низького до високого). Такі процеси, як Float{1}}Zone (FZ), дають пластини над-високої чистоти для силових пристроїв, тоді як вдосконалені пропозиції, такі як пластини Silicon-on-Insulator (SOI) мінімізують паразитну ємність і витік, забезпечуючи високу-продуктивність, низьку-енергоспоживання обчислювальних машин і радіочастотних комутаторів.

2. Карбід кремнію (SiC): чемпіон з потужності та тепла
SiC – це широко{0}}зонний напівпровідник, який чудово працює в середовищах, де кремній досягає своїх можливостей. Його ключові переваги включають aелектричне поле пробоюмайже в 10 разів вище, ніж у кремніютеплопровідністьприблизно в три рази більше. Це дозволяє пристроям на основі SiC- (таким як МОП-транзистори та діоди Шотткі) працювати при значно вищих напругах, частотах і температурах зі значно меншими втратами на комутацію. Основними політипами є 4H-SiC і 6H-SiC, причому 4H-N (легований азотом-) є стандартом для більшості силової електроніки. Незважаючи на те, що витрати на пластини SiC вищі, а діаметри (наразі основні 4" і 6") менші, ніж у кремнієвих, загальна економія системних витрат у додатках, таких як інвертори для електромобілів, промислові моторні приводи та перетворення відновлюваної енергії, є переконливою.

3. Арсенід галію (GaAs): спеціаліст із радіочастотної та опто-електроніки
GaAs має високу рухливість електронів і пряму заборонену зону, що робить його унікальним для високо-частотних і фотонних застосувань. Це матеріал вибору длярадіочастота (РЧ)компонентів смартфонів, супутникового зв’язку та радарних систем, де його низький коефіцієнт шуму та ефективність на мікрохвильових частотах є критично важливими. Його пряма заборонена зона також робить його ідеальним дляоптико-електронні приладилазери, світлодіоди високої{0}}яскравості та сонячні батареї для космічного застосування. Пластини GaAs бувають напі-ізоляційних (SI) типів для радіоізоляції та напівпровідникових типів для активних шарів пристроїв. Однак його крихкість, висока вартість і токсичність при обробці вимагають спеціального поводження.

4. Сапфір (Al₂O₃): надійна ізоляційна платформа
Сапфір не є напівпровідником, а чудовим електричним ізолятором із винятковою механічною міцністю, хімічною інертністю та оптичною прозорістю. Його основне використання як aгетероепітаксіальна підкладка. Найпоширенішою орієнтацією є плоский сапфір C-, який широко використовується для вирощування шарів нітриду галію (GaN) для синіх/білих світлодіодів і лазерних діодів. Він також служить основою для мікро-електро-механічних систем (MEMS), радіочастотних фільтрів і надійних оптичних вікон. У той час як невідповідність ґраток із напівпровідниками, такими як GaN, може призвести до дефектів, передові технології буферного шару зробили сапфір економічно-ефективною та надійною платформою для масового-виробництва оптоелектронних пристроїв.

Зробити стратегічний вибір
Наведена нижче матриця вибору підсумовує-процес прийняття рішень:

Партнерство заради матеріального успіху
Навігація в цьому складному матеріальному ландшафті вимагає не просто каталогу. Він вимагає партнера з глибоким технічним досвідом у всьому спектрі підкладок. Від постачання стандартних кремнієвих пластин із високим-опіром до постачання точно визначених пластин SiC (4H-N, 6H-SI), GaAs (напі-ізоляційні) і сапфірових пластин (C-ploske, epi-ready), такий повний-постачальник портфоліо, як Sibranch Microelectronics діє як єдина контактна точка. Завдяки широкому асортименту, що забезпечує цілодобову доставку багатьох стандартних товарів, а також здатності підтримувати індивідуальні орієнтації та специфікації, такий партнер дає змогу вашій команді інженерів вільно впроваджувати інновації, одночасно спрощуючи логістику закупівель і ланцюга поставок.