Хагас дамжуулагчийн салбарт суурь материал нь төхөөрөмжийн гүйцэтгэл хамаардаг үндсэн материал юм. Тэдгээрийн физик, дулааны болон цахилгаан шинж чанарууд нь үр ашиг, найдвартай байдал, хэрэглээний цар хүрээнд шууд нөлөөлдөг. Бүх сонголтуудын дунд индранил (Al₂O₃), цахиур (Si), цахиурын карбид (SiC) нь хамгийн өргөн хэрэглэгддэг суурь материал болсон бөгөөд тус бүр нь өөр өөр технологийн салбарт тэргүүлэгч юм. Энэхүү нийтлэлд тэдгээрийн материалын шинж чанар, хэрэглээний ландшафт, ирээдүйн хөгжлийн чиг хандлагыг авч үзэх болно.
Саффир: Оптик ажлын морь
Саффир бол зургаан өнцөгт тортой хөнгөн цагааны ислийн дан талст хэлбэр юм. Үүний гол шинж чанарууд нь онцгой хатуулаг (Могсын хатуулаг 9), хэт ягаан туяанаас хэт улаан туяа хүртэл өргөн оптик тунгалаг байдал, хүчтэй химийн эсэргүүцэл зэрэг нь оптоэлектроник төхөөрөмж болон хатуу ширүүн орчинд тохиромжтой болгодог. Дулаан солилцооны арга, Киропулос арга зэрэг дэвшилтэт өсөлтийн аргуудыг химийн-механик өнгөлгөө (CMP)-тэй хослуулан нанометрээс бага гадаргуугийн барзгаржилттай вафли үүсгэдэг.
Сафирын суурь нь LED болон Micro-LED-д GaN эпитаксиал давхарга болгон өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд хээтэй сафирын суурь (PSS) нь гэрлийн ялгаруулалтын үр ашгийг сайжруулдаг. Мөн тэдгээрийг цахилгаан тусгаарлагч шинж чанараас нь шалтгаалан өндөр давтамжийн RF төхөөрөмжүүдэд, хэрэглээний электроник болон сансрын хэрэглээнд хамгаалалтын цонх, мэдрэгч бүрхүүл болгон ашигладаг. Хязгаарлалтууд нь харьцангуй бага дулаан дамжуулалт (35–42 Вт/м·К) болон GaN-тэй торны үл нийцэл зэрэг орно, энэ нь согогийг багасгахын тулд буфер давхаргыг шаарддаг.
Цахиур: Микроэлектроникийн сан
Цахиур нь боловсорсон үйлдвэрлэлийн экосистем, допингоор тохируулж болох цахилгаан дамжуулах чанар, дунд зэргийн дулааны шинж чанар (дулаан дамжуулах чанар ~150 Вт/м·К, хайлах цэг 1410°C) зэргээс шалтгаалан уламжлалт электроникийн гол тулгуур хэвээр байна. CPU, санах ой, логик төхөөрөмж зэрэг интеграл хэлхээний 90 гаруй хувийг цахиурын вафли дээр үйлдвэрлэдэг. Цахиур нь мөн фотоэлектрик эсүүдэд давамгайлдаг бөгөөд IGBT болон MOSFET зэрэг бага, дунд зэргийн хүчин чадалтай төхөөрөмжүүдэд өргөн хэрэглэгддэг.
Гэсэн хэдий ч цахиур нь өндөр хүчдэл болон өндөр давтамжийн хэрэглээнд нарийн зурвасын зай (1.12 эВ) болон гэрлийн ялгаралтын үр ашгийг хязгаарладаг шууд бус зурвасын зайнаас шалтгаалан бэрхшээлтэй тулгардаг.
Цахиурын карбид: Өндөр хүчин чадалтай шинийг санаачлагч
SiC нь өргөн зурвасын зай (3.2 эВ), өндөр задаргааны хүчдэл (3 MV/см2), өндөр дулаан дамжуулалт (~490 Вт/м·К), хурдан электрон ханалтын хурд (~2×10⁷ см/с) бүхий гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материал юм. Эдгээр шинж чанарууд нь үүнийг өндөр хүчдэл, өндөр хүчин чадал, өндөр давтамжийн төхөөрөмжүүдэд тохиромжтой болгодог. SiC субстратыг ихэвчлэн 2000°C-аас дээш температурт физик уурын тээвэрлэлт (PVT)-ээр дамжуулан нарийн төвөгтэй, нарийн боловсруулалтын шаардлага тавьдаг.
Хэрэглээнд цахилгаан тээврийн хэрэгсэл багтдаг бөгөөд SiC MOSFET нь инвертерийн үр ашгийг 5-10%, GaN RF төхөөрөмжүүдэд зориулсан хагас тусгаарлагчтай SiC ашигладаг 5G холбооны систем, өндөр хүчдэлийн шууд гүйдэл (HVDC) дамжуулалттай ухаалаг сүлжээ нь эрчим хүчний алдагдлыг 30% хүртэл бууруулдаг. Хязгаарлалтууд нь өндөр өртөг (6 инчийн вафли нь цахиураас 20-30 дахин үнэтэй) болон хэт хатуулагтай холбоотой боловсруулалтын бэрхшээлүүд юм.
Нэмэлт үүрэг ба ирээдүйн төлөв
Саффир, цахиур болон SiC нь хагас дамжуулагчийн салбарт нэмэлт субстратын экосистемийг бүрдүүлдэг. Саффир нь оптоэлектроникт давамгайлж, цахиур нь уламжлалт микроэлектроник болон бага ба дунд чадлын төхөөрөмжүүдийг дэмждэг бөгөөд SiC нь өндөр хүчдэл, өндөр давтамжтай, өндөр үр ашигтай цахилгаан электроникийн салбарт тэргүүлдэг.
Ирээдүйн хөгжилд гүн хэт ягаан туяаны LED болон микро-LED-д индранил гэрлийн хэрэглээг өргөжүүлэх, Si-д суурилсан GaN гетероэпитакси ашиглан өндөр давтамжийн гүйцэтгэлийг сайжруулах, SiC вафлийн үйлдвэрлэлийг 8 инч хүртэл өргөжүүлэх, гарц болон зардлын үр ашгийг дээшлүүлэх зэрэг орно. Эдгээр материалууд нь хамтдаа 5G, хиймэл оюун ухаан, цахилгаан хөдөлгөөнт байдлын салбарт инновацийг бий болгож, хагас дамжуулагч технологийн дараагийн үеийг бүрдүүлж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 11-р сарын 24