ویفرهای اپیتاکسیال نیترید گالیوم: مقدمه ای بر فرآیند ساخت

نیترید گالیم (GaN)ویفر اپیتاکسیالرشد یک فرآیند پیچیده است که اغلب از یک روش دو مرحله ای استفاده می کند. این روش شامل چندین مرحله حیاتی از جمله پخت در دمای بالا، رشد لایه بافر، تبلور مجدد و بازپخت است. با کنترل دقیق دما در طول این مراحل، روش رشد دو مرحله ای به طور موثر از تاب برداشتن ویفر ناشی از عدم تطابق شبکه یا تنش جلوگیری می کند و آن را به روش غالب ساخت برایویفر اپیتاکسیال GaNدر سطح جهانی

1. درکویفرهای اپیتاکسیال

یکویفر اپیتاکسیالشامل یک بستر تک کریستالی است که بر روی آن یک لایه تک کریستالی جدید رشد می کند. این لایه اپیتاکسیال نقش مهمی در تعیین تقریباً 70 درصد عملکرد دستگاه نهایی دارد و آن را به یک ماده خام حیاتی در تولید تراشه های نیمه هادی تبدیل می کند.

قرار گرفتن در بالادست در زنجیره صنعت نیمه هادی،ویفرهای اپیتاکسیالبه عنوان یک مؤلفه اساسی، از کل صنعت تولید نیمه هادی ها پشتیبانی می کند. سازندگان از فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند رسوب بخار شیمیایی (CVD) و اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) برای رسوب و رشد لایه همپایی روی مواد زیرلایه استفاده می‌کنند. این ویفرها سپس تحت پردازش بیشتر از طریق فتولیتوگرافی، رسوب لایه نازک و اچ قرار می گیرند تا به ویفرهای نیمه هادی تبدیل شوند. متعاقباً اینهاویفربه قالب های جداگانه تقسیم می شوند، که سپس بسته بندی شده و برای ایجاد مدارهای مجتمع نهایی (IC) آزمایش می شوند. در طول کل فرآیند تولید تراشه، تعامل ثابت با مرحله طراحی تراشه برای اطمینان از اینکه محصول نهایی تمام مشخصات و الزامات عملکرد را برآورده می کند، بسیار مهم است.

2. کاربردهای GaNویفرهای اپیتاکسیال

خواص ذاتی GaN را می سازدویفر اپیتاکسیال GaNبه ویژه برای کاربردهایی که نیاز به توان بالا، فرکانس بالا و عملکرد ولتاژ متوسط ​​تا پایین دارند، مناسب است. برخی از زمینه های کاربردی کلیدی عبارتند از:

ولتاژ شکست بالا: فاصله باند گسترده GaN دستگاه ها را قادر می سازد تا ولتاژهای بالاتری را در مقایسه با همتایان سنتی سیلیکون یا آرسنید گالیم تحمل کنند. این ویژگی GaN را برای کاربردهایی مانند ایستگاه های پایه 5G و سیستم های رادار نظامی ایده آل می کند.

راندمان تبدیل بالا: دستگاه های سوئیچینگ برق مبتنی بر GaN در مقایسه با دستگاه های سیلیکونی مقاومت روشن کمتری از خود نشان می دهند که منجر به کاهش تلفات سوئیچینگ و بهبود بهره وری انرژی می شود.

رسانایی حرارتی بالا: رسانایی حرارتی عالی GaN اتلاف گرمای کارآمد را امکان پذیر می کند و آن را برای کاربردهای با قدرت و دمای بالا مناسب می کند.

قدرت میدان الکتریکی شکست بالا: در حالی که قدرت میدان الکتریکی شکست GaN با کاربید سیلیکون (SiC) قابل مقایسه است، عواملی مانند پردازش نیمه هادی و عدم تطابق شبکه معمولاً ظرفیت کنترل ولتاژ دستگاه های GaN را به حدود 1000 ولت با ولتاژ عملیاتی ایمن معمولاً زیر 650 ولت محدود می کند.

3. طبقه بندی GaNویفرهای اپیتاکسیال

GaN به عنوان یک ماده نیمه هادی نسل سوم، مزایای متعددی از جمله مقاومت در برابر دمای بالا، سازگاری عالی، هدایت حرارتی بالا و فاصله باند گسترده را ارائه می دهد. این امر منجر به پذیرش گسترده آن در صنایع مختلف شده است.ویفر اپیتاکسیال GaNرا می توان بر اساس مواد زیرلایه آنها دسته بندی کرد: GaN-on-GaN، GaN-on-SiC، GaN-on-Sapphire و GaN-on-Silicon. در این میان،ویفر GaN-on-Siliconدر حال حاضر به دلیل هزینه کمتر تولید و فرآیندهای تولید بالغ، بیشترین استفاده را دارند.**