رقاقة ركيزة أشباه الموصلات: خصائص المواد من السيليكون، GaAs، SiC و GaN

01. أساسياترقاقة الركيزة شبه الموصلة

1.1 تعريف الركيزة أشباه الموصلات

تشير ركيزة أشباه الموصلات إلى المادة الأساسية المستخدمة في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات، وعادةً ما تكون مواد بلورية مفردة أو متعددة البلورات مصنوعة بواسطة تكنولوجيا عالية النقاء ونمو البلورات. عادة ما تكون رقائق الركيزة عبارة عن هياكل صفائحية رقيقة وصلبة، يتم تصنيع أجهزة ودوائر أشباه الموصلات المختلفة عليها. يؤثر نقاء وجودة الركيزة بشكل مباشر على أداء وموثوقية جهاز أشباه الموصلات النهائي.

1.2 دور ومجال تطبيق رقائق الركيزة

تلعب رقائق الركيزة دورًا حيويًا في عملية تصنيع أشباه الموصلات. كأساس للأجهزة والدوائر، لا تدعم رقائق الركيزة هيكل الجهاز بأكمله فحسب، بل توفر أيضًا الدعم اللازم في الجوانب الكهربائية والحرارية والميكانيكية. وتشمل وظائفها الرئيسية ما يلي:

الدعم الميكانيكي: توفير أساس هيكلي مستقر لدعم خطوات التصنيع اللاحقة.

الإدارة الحرارية: يساعد على تبديد الحرارة لمنع ارتفاع درجة الحرارة من التأثير على أداء الجهاز.

الخصائص الكهربائية: تؤثر على الخواص الكهربائية للجهاز مثل التوصيل وتنقل الناقل وغيرها.

فيما يتعلق بمجالات التطبيق، تستخدم رقائق الركيزة على نطاق واسع في:

الأجهزة الإلكترونية الدقيقة: مثل الدوائر المتكاملة والمعالجات الدقيقة وغيرها.

الأجهزة الضوئية: مثل مصابيح LED، وأشعة الليزر، وأجهزة الكشف الضوئي، وما إلى ذلك.

الأجهزة الإلكترونية عالية التردد: مثل مضخمات الترددات اللاسلكية، وأجهزة الميكروويف، وما إلى ذلك.

الأجهزة الإلكترونية السلطة: مثل محولات الطاقة والمحولات وغيرها.

02. المواد شبه الموصلة وخصائصها

الركيزة السيليكون (سي).

· الفرق بين السيليكون البلوري الأحادي والسيليكون متعدد البلورات:

السيليكون هو مادة أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا، خاصة في شكل السيليكون البلوري الأحادي والسيليكون متعدد البلورات. يتكون السيليكون البلوري الفردي من هيكل بلوري مستمر، ذو نقاء عالي وخصائص خالية من العيوب، وهو مناسب جدًا للأجهزة الإلكترونية عالية الأداء. يتكون السيليكون متعدد البلورات من حبيبات متعددة، وهناك حدود حبيبية بين الحبوب. على الرغم من أن تكلفة التصنيع منخفضة، إلا أن الأداء الكهربائي ضعيف، لذلك يتم استخدامه عادةً في بعض سيناريوهات التطبيقات منخفضة الأداء أو واسعة النطاق، مثل الخلايا الشمسية.

·الخصائص الإلكترونية ومزايا الركيزة السيليكون:

تتميز ركيزة السيليكون بخصائص إلكترونية جيدة، مثل حركة الناقل العالية وفجوة الطاقة المعتدلة (1.1 فولت)، مما يجعل السيليكون مادة مثالية لتصنيع معظم أجهزة أشباه الموصلات.

بالإضافة إلى ذلك، تتمتع ركائز السيليكون بالمزايا التالية:

درجة نقاء عالية: من خلال تقنيات التنقية والنمو المتقدمة، يمكن الحصول على السيليكون البلوري الأحادي عالي النقاء.

فعالية التكلفة: بالمقارنة مع مواد أشباه الموصلات الأخرى، يتميز السيليكون بتكلفة منخفضة وعملية تصنيع ناضجة.

تشكيل الأكسيد: يمكن أن يشكل السيليكون بشكل طبيعي طبقة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، والتي يمكن أن تكون بمثابة طبقة عازلة جيدة في تصنيع الأجهزة.

الركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs).

· خصائص عالية التردد من GaAs:

زرنيخيد الغاليوم هو مركب من أشباه الموصلات مناسب بشكل خاص للأجهزة الإلكترونية عالية التردد وعالية السرعة نظرًا لحركيته العالية للإلكترون وفجوة نطاقه الواسعة. يمكن لأجهزة GaAs أن تعمل بترددات أعلى بكفاءة أعلى ومستويات ضوضاء أقل. وهذا يجعل GaAs مادة مهمة في تطبيقات الموجات الدقيقة والموجات المليمترية.

· تطبيق GaAs في الإلكترونيات الضوئية والأجهزة الإلكترونية عالية التردد:

نظرًا لفجوة نطاقها المباشرة، يتم استخدام GaAs أيضًا على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الضوئية. على سبيل المثال، تُستخدم مواد GaAs على نطاق واسع في تصنيع مصابيح LED وأشعة الليزر. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحركة الإلكترونية العالية لـ GaAs تجعلها تعمل بشكل جيد في مكبرات الصوت اللاسلكية وأجهزة الموجات الدقيقة ومعدات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.

الركيزة كربيد السيليكون (SiC).

· الموصلية الحرارية وخصائص الطاقة العالية لـ SiC:

كربيد السيليكون عبارة عن شبه موصل ذو فجوة نطاق واسعة مع موصلية حرارية ممتازة ومجال كهربائي عالي الانهيار. هذه الخصائص تجعل SiC مناسبًا جدًا لتطبيقات الطاقة العالية ودرجات الحرارة المرتفعة. يمكن لأجهزة SiC أن تعمل بثبات عند الفولتية ودرجات الحرارة أعلى بعدة مرات من أجهزة السيليكون.

· مزايا SiC في أجهزة الطاقة الإلكترونية:

تظهر ركائز SiC مزايا كبيرة في الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالطاقة، مثل انخفاض خسائر التبديل وزيادة الكفاءة. وهذا يجعل SiC يتمتع بشعبية متزايدة في تطبيقات تحويل الطاقة العالية مثل السيارات الكهربائية ومحولات طاقة الرياح والطاقة الشمسية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام SiC على نطاق واسع في مجال الطيران والتحكم الصناعي بسبب مقاومته لدرجات الحرارة العالية.

الركيزة نيتريد الغاليوم (GaN).

· حركة الإلكترون العالية والخصائص البصرية لـ GaN:

نيتريد الغاليوم هو أحد أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة الواسعة التي تتمتع بحركة إلكترونية عالية للغاية وخصائص بصرية قوية. إن الحركة الإلكترونية العالية لـ GaN تجعلها فعالة للغاية في تطبيقات التردد العالي والطاقة العالية. وفي الوقت نفسه، يمكن لـ GaN أن ينبعث الضوء في النطاق فوق البنفسجي إلى النطاق المرئي، وهو مناسب لمجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية البصرية.

· تطبيق GaN في الطاقة والأجهزة الإلكترونية البصرية:

في مجال إلكترونيات الطاقة، تتفوق أجهزة GaN في تبديل مصادر الطاقة ومضخمات التردد اللاسلكي نظرًا لمجالها الكهربائي العالي الانهيار وانخفاض مقاومتها. وفي الوقت نفسه، يلعب GaN أيضًا دورًا مهمًا في الأجهزة الإلكترونية البصرية، وخاصة في تصنيع مصابيح LED وثنائيات الليزر، مما يعزز تقدم تقنيات الإضاءة والعرض.

· إمكانات المواد الناشئة في أشباه الموصلات:

مع تطور العلوم والتكنولوجيا، أظهرت مواد أشباه الموصلات الناشئة مثل أكسيد الغاليوم (Ga2O3) والماس إمكانات كبيرة. يتمتع أكسيد الغاليوم بفجوة نطاق واسعة جدًا (4.9 فولت) وهو مناسب جدًا للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة، بينما يعتبر الماس مادة مثالية للجيل القادم من التطبيقات عالية الطاقة وعالية التردد نظرًا لخصائصه الحرارية الممتازة. الموصلية وحركة الناقل عالية للغاية. ومن المتوقع أن تلعب هذه المواد الجديدة دورًا مهمًا في الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الضوئية المستقبلية.

03. عملية تصنيع الرقاقة

3.1 تكنولوجيا نمو رقائق الركيزة

3.1.1 طريقة تشوتشرالسكي (طريقة تشيكوسلوفاكيا)

طريقة Czochralski هي الطريقة الأكثر استخدامًا لتصنيع رقائق السيليكون أحادية البلورة. ويتم ذلك عن طريق غمر بلورة البذرة في السيليكون المنصهر ثم سحبها ببطء، بحيث يتبلور السيليكون المنصهر على بلورة البذرة وينمو ليصبح بلورة واحدة. يمكن لهذه الطريقة إنتاج سيليكون أحادي البلورة بحجم كبير وعالي الجودة، وهو مناسب جدًا لتصنيع الدوائر المتكاملة واسعة النطاق.

3.1.2 طريقة بريدجمان

تُستخدم طريقة بريدجمان بشكل شائع في إنتاج أشباه الموصلات المركبة، مثل زرنيخيد الغاليوم. في هذه الطريقة، يتم تسخين المواد الخام إلى حالة منصهرة في بوتقة ثم يتم تبريدها ببطء لتكوين بلورة واحدة. يمكن لطريقة بريدجمان التحكم في معدل نمو واتجاه البلورة وهي مناسبة لإنتاج أشباه الموصلات المركبة المعقدة.

3.1.3 تنضيد الشعاع الجزيئي (MBE)

تنضيد الشعاع الجزيئي هي تقنية تستخدم لتنمية طبقات أشباه الموصلات الرقيقة جدًا على الركائز. إنه يشكل طبقات بلورية عالية الجودة من خلال التحكم الدقيق في الحزم الجزيئية للعناصر المختلفة في بيئة فراغ عالية للغاية وترسيبها طبقة تلو الأخرى على الركيزة. تعد تقنية MBE مناسبة بشكل خاص لتصنيع النقاط الكمومية عالية الدقة وهياكل الوصلات المتغايرة الرفيعة للغاية.

3.1.4 ترسيب البخار الكيميائي (CVD)

ترسيب البخار الكيميائي عبارة عن تقنية ترسيب للأغشية الرقيقة تستخدم على نطاق واسع في تصنيع أشباه الموصلات وغيرها من المواد عالية الأداء. يقوم مرض القلب والأوعية الدموية بتحليل السلائف الغازية وترسبها على سطح الركيزة لتكوين فيلم صلب. يمكن لتقنية CVD إنتاج أفلام ذات سماكة وتركيبة يمكن التحكم فيها بدرجة عالية، وهي مناسبة جدًا لتصنيع الأجهزة المعقدة.

3.2 قطع وتلميع الرقاقات

3.2.1 تكنولوجيا قطع رقاقة السيليكون

بعد اكتمال نمو البلورة، سيتم تقطيع البلورة الكبيرة إلى شرائح رفيعة لتصبح رقائق. عادةً ما يستخدم قطع رقائق السيليكون شفرات منشار الماس أو تكنولوجيا المنشار السلكي لضمان دقة القطع وتقليل فقد المواد. يجب التحكم بدقة في عملية القطع للتأكد من أن سمك الرقاقة واستواء سطحها يفي بالمتطلبات.

-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -----------------------------------------

VeTek Semiconductor هي شركة صينية محترفة لتصنيع4 درجات خارج المحور p-type رقاقة كربيد السيليكون, 4H N نوع ركيزة SiC، و4H شبه عازلة نوع SiC الركيزة.  تلتزم شركة VeTek Semiconductor بتقديم حلول متقدمة لمختلف المجالاترقاقة كربيد السيليكونمنتجات لصناعة أشباه الموصلات. 

إذا كنت مهتمارقاقة الركيزة أشباه الموصلاتs، لا تتردد في الاتصال بنا مباشرة.

الجوال: +86-180 6922 0752

واتساب: +86 180 6922 0752

البريد الإلكتروني: anny@veteksemi.com