Избор на материали в производството на полупроводници: силиций, SiC, GaAs и сапфир

За инженерите и специалистите по снабдяване при производителите на устройства изборът на оптималния субстрат за пластини е основополагащо решение с широко{0}}обхватни последици за производителността, цената и пазарния успех. Докато силицият остава безспорният работен кон на индустрията, възходът на сложни полупроводници като силициев карбид (SiC) и галиев арсенид (GaAs), заедно със специални материали като сапфир, разшири инструментариума на дизайнера. Тази статия предоставя подробно сравнение на тези ключови материали, като анализира техните свойства, идеални приложения и компромиси-разходи{4}}, за да насочи процеса на избор.

1. Силиций: гъвкавият гръбнак
Доминирането на силиция произтича от неговия отличен баланс на електронни свойства, естествено изобилие и зряла, разход{0}}ефективна производствена екосистема. Това е изборът по подразбиране за по-голямата част от интегралните схеми (IC), микропроцесори, чипове с памет и стандартни фотоволтаични клетки. Съвременните силициеви пластини предлагат невероятна гъвкавост, налични в диаметри до 12 инча, с различни кристалографски ориентации (напр.<100>, <111>), типове допинг (P/N) и диапазони на съпротивление (от ниско до високо). Процеси като растеж на Float-Zone (FZ) дават пластини с ултра-висока чистота за захранващи устройства, докато усъвършенствани предложения като пластини със силикон-on-изолатор (SOI) минимизират паразитния капацитет и изтичане, позволявайки висока-производителност, ниско-енергийни изчисления и RF превключватели.

2. Силициев карбид (SiC): Шампионът по мощност и топлина
SiC е широко{0}}широкозондов полупроводник, който превъзхожда в среди, в които силицийът достига своите граници. Основните му предимства включват aпробивно електрическо полеблизо 10 пъти по-висока от силиция итоплопроводимостоколо три пъти по-голяма. Това позволява на базирани на SiC-устройства (като MOSFET и диоди на Шотки) да работят при много по-високи напрежения, честоти и температури със значително по-ниски загуби при превключване. Основните политипове са 4H-SiC и 6H-SiC, като 4H-N (с добавка на азот-) е стандартът за повечето силови електроники. Въпреки че разходите за пластини от SiC са по-високи и диаметрите (понастоящем масови при 4" и 6") са по-малки от силициевите, общите икономии на системни разходи в приложения като инвертори за електрически превозни средства, промишлени моторни задвижвания и преобразуване на възобновяема енергия са убедителни.

3. Галиев арсенид (GaAs): Специалист по радиочестотна и опто-електроника
GaAs притежава висока подвижност на електрони и директна забранена лента, което го прави уникално подходящ за високо-честотни и фотонни приложения. Това е избраният материал зарадиочестота (RF)компоненти в смартфони, сателитни комуникации и радарни системи, където неговата ниска шумова стойност и ефективност при микровълнови честоти са критични. Неговият директен зазор също го прави идеален заоптоелектронни устройствакато лазери, светодиоди с-висока яркост и слънчеви клетки за космически приложения. GaAs пластините се предлагат в полу-изолационни (SI) типове за радиочестотна изолация и полупроводникови типове за активни слоеве на устройства. Неговата крехкост, по-висока цена и токсичност при обработката обаче изискват специализирана обработка.

4. Сапфир (Al₂O₃): Здравата изолационна платформа
Сапфирът не е полупроводник, а отличен електрически изолатор с изключителна механична якост, химическа инертност и оптична прозрачност. Основната му употреба е като aхетероепитаксиален субстрат. Най-често срещаната ориентация е C-равнинният сапфир, широко използван за отглеждане на слоеве от галиев нитрид (GaN) за сини/бели светодиоди и лазерни диоди. Той също така служи като субстрат за микро-електро-механични системи (MEMS), RF филтри и здрави оптични прозорци. Докато несъответствието на решетката с полупроводници като GaN може да доведе до дефекти, усъвършенстваните техники на буферния слой са направили сапфира ценово-ефективна и надеждна платформа за масово-производство на оптоелектронни устройства.

Правене на стратегически избор
Матрицата за избор по-долу обобщава процеса-на вземане на решения:

Партньорство за материален успех
Навигирането в този сложен материален пейзаж изисква повече от просто каталог. Той изисква партньор с дълбока техническа експертиза в целия спектър от субстрати. От предоставяне на стандартни силициеви пластини с високо-съпротивление до доставка на точно определени пластини от SiC (4H-N, 6H-SI), GaAs (полу-изолационни) и сапфирени (C-плоскостни, готови за epi-епи) пластини, доставчик на пълно-портфолио като Sibranch Microelectronics действа като единна точка за контакт. С обширен инвентар, осигуряващ 24-часова доставка за много стандартни артикули и способността да поддържа персонализирани ориентации и спецификации, такъв партньор дава възможност на вашия инженерен екип да прави нововъведения свободно, като същевременно опростява вашата логистика на доставките и веригата за доставки.