שליסל רוי מאַטעריאַלן פֿאַר האַלב-קאָנדוקטאָר פּראָדוקציע: טייפּס פון וועיפער סאַבסטראַטן

וואַפער סאַבסטראַטן ווי שליסל מאַטעריאַלס אין האַלב-קאָנדוקטאָר דעוויסעס

וועיפער סאַבסטראַטן זענען די פיזישע טרעגער פון האַלב-קאָנדוקטאָר דעוויסעס, און זייערע מאַטעריאַל אייגנשאַפטן באַשטימען גלייך די פאָרשטעלונג, קאָסטן און אַפּליקאַציע פעלדער פון די דעוויסעס. אונטן זענען די הויפּט טייפּס פון וועיפער סאַבסטראַטן צוזאַמען מיט זייערע מעלות און חסרונות:

1.סיליקאָן (Si)

• מאַרק טיילן:אַקאַונטס פֿאַר מער ווי 95% פון די גלאבאלע האַלב-קאָנדוקטאָר מאַרק.

• מעלות:

  • נידעריקע קאָסטן:שעפעדיקע רוי מאַטעריאַלן (סיליקאָן דייאַקסייד), דערוואַקסן פאַבריקאַציע פּראָצעסן, און שטאַרקע עקאָנאָמיעס פון וואָג.

  • הויך פּראָצעס קאָמפּאַטאַבילאַטי:CMOS טעכנאָלאָגיע איז זייער דערוואַקסן, שטיצט אַוואַנסירטע נאָודז (למשל, 3nm).

  • אויסגעצייכנטע קריסטאַל קוואַליטעט:גרויס-דיאַמעטער וועיפערס (הויפּטזעכלעך 12-אינטש, 18-אינטש אונטער אַנטוויקלונג) מיט נידעריק דעפעקט געדיכטקייט קענען וואַקסן.

  • סטאַבילע מעכאַנישע אייגנשאַפטן:גרינג צו שניידן, פּאָלירן און שעפּן.

• חסרונות:

  • שמאָלע באַנדגאַפּ (1.12 eV):הויכע ליקאַדזש קראַנט ביי הויכע טעמפּעראַטורן, באַגרענעצט די עפעקטיווקייט פון די מאַכט מיטל.

  • אינדירעקט באַנדגאַפּ:זייער נידעריקע ליכט ימישאַן עפעקטיווקייט, נישט פּאַסיק פֿאַר אָפּטאָעלעקטראָניק דעוויסעס ווי LEDs און לייזערס.

  • לימיטירטע עלעקטראָן מאָביליטעט:ערגערע הויך-פרעקווענץ פאָרשטעלונג קאַמפּערד צו קאַמפּאַונד האַלב-קאָנדוקטאָרן.
    

2.גאליום אַרסעניד (GaAs)

• אַפּליקאַציעס:הויך-פרעקווענץ RF דעוויסעס (5G/6G), אָפּטאָעלעקטראָניק דעוויסעס (לייזערס, זונ - צעלן).

• מעלות:

  • הויכע עלעקטראָן מאָביליטעט (5–6× די פון סיליקאָן):פּאַסיק פֿאַר הויך-גיכקייט, הויך-פרעקווענץ אַפּלאַקיישאַנז ווי מילימעטער-כוואַליע קאָמוניקאַציע.

  • דירעקטע באַנדגאַפּ (1.42 eV):הויך-עפעקטיווקייט פאָטאָעלעקטרישע קאָנווערסיע, די יסוד פון ינפראַרעד לייזערס און על-אי-די-עס.

  • הויך טעמפּעראַטור און ראַדיאַציע קעגנשטעל:פּאַסיק פֿאַר אַעראָספּייס און שווערע סביבות.

• חסרונות:

  • הויכע קאָסטן:זעלטן מאַטעריאַל, שווערער קריסטאַל וואוקס (נוטה צו דיסלאָקאַציעס), באגרענעצטע וועיפער גרייס (הויפּטזעכלעך 6-אינטש).

  • שוואַכע מעכאַניק:פּראָנע צו בראָך, ריזאַלטינג אין נידעריק פּראַסעסינג טראָגן.

  • טאַקסיסיטי:אַרסעניק דאַרף שטרענגע האַנדלינג און סביבה קאָנטראָלן.

3. סיליקאָן קאַרבייד (SiC)

• אַפּליקאַציעס:הויך-טעמפּעראַטור און הויך-וואָולטידזש מאַכט דעוויסעס (EV ינווערטערס, טשאַרדזשינג סטיישאַנז), אַעראָספּייס.

• מעלות:

  • ברייטע באַנדגאַפּ (3.26 eV):הויכע ברייקדאַון שטאַרקייט (10× די פון סיליקאָן), הויך-טעמפּעראַטור טאָלעראַנץ (אַפּערייטינג טעמפּעראַטור >200 °C).

  • הויכע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (≈3× סיליקאָן):אויסגעצייכנטע היץ דיסיפּיישאַן, וואָס ערמעגליכט העכערע סיסטעם מאַכט געדיכטקייט.

  • נידעריק סוויטשינג פארלוסט:פֿאַרבעסערט מאַכט קאַנווערזשאַן עפעקטיווקייט.

• חסרונות:

  • שווערע סאַבסטראַט צוגרייטונג:לאנגזאמע קריסטאַל וואוקס (>1 וואָך), שווערע דעפעקט קאָנטראָל (מיקראָפּיפּס, דיסלאָקאַציעס), גאָר הויכע קאָסטן (5–10× סיליקאָן).

  • קליינע וועיפער גרייס:מערסטנס 4–6 אינטשעס; 8-אינטשעס נאך ​​אונטער אנטוויקלונג.

  • שווער צו פּראָצעסירן:זייער שווער (מאָהס 9.5), מאַכנדיג שניידן און פּאָלירן צייט-פאַרברענגענדיק.

4. גאַליום ניטריד (GaN)

• אַפּליקאַציעס:הויך-פרעקווענץ מאַכט דעוויסעס (שנעל טשאַרדזשינג, 5G באַזע סטאַנציעס), בלויע על-אי-דיס/לייזערס.

• מעלות:

  • אולטרא-הויכע עלעקטראן באוועגלעכקייט + ברייטע באנדגאפ (3.4 eV):קאָמבינירט הויך-פרעקווענץ (>100 GHz) און הויך-וואָולטידזש פאָרשטעלונג.

  • נידעריקע קעגנשטעל:רעדוצירט די מאַכט אָנווער פון די מיטל.

  • העטעראָעפּיטאַקסי קאָמפּאַטיבל:געוויינטלעך געוואקסן אויף סיליקאָן, סאַפייער, אָדער SiC סאַבסטראַטן, רידוסינג קאָסטן.

• חסרונות:

  • שוועריקייט מיט וואוקס אין גרויסע איינציקע קריסטאלן:העטעראָעפּיטאַקסי איז מיינסטרים, אָבער גיטער מיסמאַטש פירט צו חסרונות.

  • הויכע קאָסטן:נאַטירלעכע GaN סאַבסטראַטן זענען זייער טייַער (אַ 2-אינטש וועיפער קען קאָסטן עטלעכע טויזנט דאָללאַרס).

  • צוטרוי-פראבלעמען:אזעלכע פענאמענס ווי היינטיגע צוזאמענפאל פארלאנגען אפטימיזאציע.

5. אינדיום פאָספֿיד (InP)

• אַפּליקאַציעס:הויך-גיכקייט אָפּטישע קאָמוניקאַציעס (לייזערס, פאָטאָדעטעקטאָרס), טעראַהערץ דעוויסעס.

• מעלות:

  • אולטרא-הויך עלעקטראן מאָביליטי:שטיצט >100 GHz אָפּעראַציע, אַוטפּערפאָרמינג GaAs.

  • דירעקטע באַנדגאַפּ מיט כוואַליע לענג צופּאַסונג:קערן מאַטעריאַל פֿאַר 1.3–1.55 מיקראָמעטער אָפּטישע פֿאַזער קאָמוניקאַציע.

• חסרונות:

  • שוואַך און זייער טייַער:סאַבסטראַט קאָסט איבער 100× סיליקאָן, לימיטעד וועיפער סיזעס (4-6 אינטש).

6. סאַפיר (Al₂O₃)

• אַפּליקאַציעס:לעד לייטינג (GaN עפּיטאַקסיאַל סאַבסטראַט), קאָנסומער עלעקטראָניק דעקל גלאז.

• מעלות:

  • נידעריקע קאָסטן:פיל ביליקער ווי SiC/GaN סאַבסטראַטן.

  • אויסגעצייכנטע כעמישע פעסטקייט:קעראָוזשאַן-קעגנשטעליק, העכסט ינסאַליישאַן.

  • טראַנספּאַרענץ:פּאַסיק פֿאַר ווערטיקאַלע LED סטרוקטורן.

• חסרונות:

  • גרויסע גיטער-מיסמאַטש מיט GaN (>13%):פאַראורזאַכט הויכע דעפעקט געדיכטקייט, וואָס ריקווייערז באַפער לייַערס.

  • שלעכטע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (~1/20 פון סיליקאָן):באגרענעצט די פאָרשטעלונג פון הויך-מאַכט על-אי-דיס.

7. קעראַמישע סאַבסטראַטן (AlN, BeO, אאז"וו)

• אַפּליקאַציעס:היץ פארשפרייטערס פאר הויך-מאַכט מאָדולן.

• מעלות:

  • איזאָלירן + הויכע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (AlN: 170–230 W/m·K):פּאַסיק פֿאַר הויך-געדיכטקייט פּאַקאַדזשינג.

• חסרונות:

  • נישט-איינציק-קריסטאל:קען נישט גלייך שטיצן די וואוקס פון די אפאראטן, גענוצט נאר אלס פאקעדזשינג סובסטראטן.

8. ספּעציעלע סאַבסטראַטן

• SOI (סיליקאָן אויף איזאָלאַטאָר):

  • סטרוקטור:סיליקאָן/SiO₂/סיליקאָן סענדוויטש.

  • מעלות:רעדוצירט פּאַראַזיטישע קאַפּאַסיטאַנס, ראַדיאַציע-פאַרהאַרטעט, ליקאַדזש סאַפּרעשאַן (געניצט אין RF, MEMS).

  • חסרונות:30–50% טייערער ווי גרויסע סיליקאָן.

• קוואַרץ (SiO₂):געניצט אין פאָטאָמאַסקס און MEMS; הויך-טעמפּעראַטור קעגנשטעל אָבער זייער שוואַך.

• דיאַמאָנט:העכסטע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי סאַבסטראַט (>2000 W/m·K), אונטער פאָרשונג און אַנטוויקלונג פֿאַר עקסטרעמע היץ דיסיפּיישאַן.

פאַרגלייַכנדיקע סאַמערי טאַבעלע

שליסל פאַקטאָרן פֿאַר סאַבסטראַט סעלעקציע

• פאָרשטעלונג רעקווייערמענץ:GaAs/InP פֿאַר הויך-פרעקווענץ; SiC פֿאַר הויך-וואָולטידזש, הויך-טעמפּעראַטור; GaAs/InP/GaN פֿאַר אָפּטאָעלעקטראָניק.

• קאָסטן באַגרענעצונגען:קאנסומער עלעקטראניק בעפארצוגט סיליקאן; הויך-ענד פעלדער קענען רעכטפארטיקן SiC/GaN פּרעמיעס.

• אינטעגראַציע קאָמפּלעקסיטעט:סיליקאָן בלייבט אומפאַרטרעטלעך פֿאַר CMOS קאָמפּאַטאַבילאַטי.

• טערמישע פאַרוואַלטונג:הויך-מאַכט אַפּלאַקיישאַנז בעפֿאָרצוגן SiC אָדער דימענט-באַזירט GaN.

• צושטעלן קייט צייַטיקייט:Si> Sapphire> GaAs> SiC> GaN> InP.

צוקונפֿטיקע טרענד

העטעראָגענע אינטעגראַציע (למשל, GaN-אויף-Si, GaN-אויף-SiC) וועט באַלאַנסירן פאָרשטעלונג און קאָסטן, און פירן צו פֿאָרשריטן אין 5G, עלעקטרישע וועהיקלעס און קוואַנטום קאַמפּיוטינג.