குறைக்கடத்தி உற்பத்திக்கான முக்கிய மூலப்பொருட்கள்: வேஃபர் அடி மூலக்கூறுகளின் வகைகள்

குறைக்கடத்தி சாதனங்களில் முக்கியப் பொருட்களாக வேஃபர் அடி மூலக்கூறுகள்

செதில் அடி மூலக்கூறுகள் குறைக்கடத்தி சாதனங்களின் இயற்பியல் கேரியர்களாகும், மேலும் அவற்றின் பொருள் பண்புகள் சாதன செயல்திறன், செலவு மற்றும் பயன்பாட்டு புலங்களை நேரடியாக தீர்மானிக்கின்றன. செதில் அடி மூலக்கூறுகளின் முக்கிய வகைகள் அவற்றின் நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளுடன் கீழே உள்ளன:

1.சிலிக்கான் (Si)

• சந்தை பங்கு:உலகளாவிய குறைக்கடத்தி சந்தையில் 95% க்கும் அதிகமான பங்கைக் கொண்டுள்ளது.

• நன்மைகள்:

  • குறைந்த விலை:ஏராளமான மூலப்பொருட்கள் (சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு), முதிர்ந்த உற்பத்தி செயல்முறைகள் மற்றும் வலுவான அளவிலான பொருளாதாரங்கள்.

  • உயர் செயல்முறை பொருந்தக்கூடிய தன்மை:CMOS தொழில்நுட்பம் மிகவும் முதிர்ச்சியடைந்தது, மேம்பட்ட முனைகளை ஆதரிக்கிறது (எ.கா., 3nm).

  • சிறந்த படிக தரம்:குறைந்த குறைபாடு அடர்த்தி கொண்ட பெரிய விட்டம் கொண்ட செதில்களை (முக்கியமாக 12-அங்குல, 18-அங்குல வளர்ச்சியில் உள்ளன) வளர்க்கலாம்.

  • நிலையான இயந்திர பண்புகள்:வெட்ட, பாலிஷ் செய்ய மற்றும் கையாள எளிதானது.

• தீமைகள்:

  • குறுகிய பட்டை இடைவெளி (1.12 eV):உயர்ந்த வெப்பநிலையில் அதிக கசிவு மின்னோட்டம், மின் சாதன செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

  • மறைமுக இடைவெளி:மிகக் குறைந்த ஒளி உமிழ்வு திறன், LED கள் மற்றும் லேசர்கள் போன்ற ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களுக்குப் பொருத்தமற்றது.

  • வரையறுக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் இயக்கம்:கூட்டு குறைக்கடத்திகளுடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த உயர் அதிர்வெண் செயல்திறன்.
    

2.காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs)

• பயன்பாடுகள்:உயர் அதிர்வெண் RF சாதனங்கள் (5G/6G), ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் (லேசர்கள், சூரிய மின்கலங்கள்).

• நன்மைகள்:

  • அதிக எலக்ட்ரான் இயக்கம் (சிலிக்கானை விட 5–6×):மில்லிமீட்டர்-அலை தொடர்பு போன்ற அதிவேக, உயர் அதிர்வெண் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது.

  • நேரடி பட்டை இடைவெளி (1.42 eV):உயர் திறன் கொண்ட ஒளிமின்னழுத்த மாற்றம், அகச்சிவப்பு லேசர்கள் மற்றும் LED களின் அடித்தளம்.

  • அதிக வெப்பநிலை மற்றும் கதிர்வீச்சு எதிர்ப்பு:விண்வெளி மற்றும் கடுமையான சூழல்களுக்கு ஏற்றது.

• தீமைகள்:

  • அதிக செலவு:பற்றாக்குறையான பொருள், கடினமான படிக வளர்ச்சி (இடப்பெயர்வுகளுக்கு ஆளாகக்கூடியது), வரையறுக்கப்பட்ட செதில் அளவு (முக்கியமாக 6-அங்குலம்).

  • உடையக்கூடிய இயக்கவியல்:எலும்பு முறிவு ஏற்பட வாய்ப்புள்ளது, இதன் விளைவாக குறைந்த பதப்படுத்தும் மகசூல் கிடைக்கும்.

  • நச்சுத்தன்மை:ஆர்சனிக் கடுமையான கையாளுதல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் கட்டுப்பாடுகள் தேவை.

3. சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC)

• பயன்பாடுகள்:உயர் வெப்பநிலை மற்றும் உயர் மின்னழுத்த மின் சாதனங்கள் (EV இன்வெர்ட்டர்கள், சார்ஜிங் நிலையங்கள்), விண்வெளி.

• நன்மைகள்:

  • அகன்ற பட்டை இடைவெளி (3.26 eV):அதிக முறிவு வலிமை (சிலிக்கானை விட 10×), அதிக வெப்பநிலை சகிப்புத்தன்மை (இயக்க வெப்பநிலை >200 °C).

  • அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் (≈3× சிலிக்கான்):சிறந்த வெப்பச் சிதறல், அதிக அமைப்பு சக்தி அடர்த்தியை செயல்படுத்துகிறது.

  • குறைந்த மாறுதல் இழப்பு:சக்தி மாற்றும் திறனை மேம்படுத்துகிறது.

• தீமைகள்:

  • சவாலான அடி மூலக்கூறு தயாரிப்பு:மெதுவான படிக வளர்ச்சி (> 1 வாரத்திற்கு மேல்), கடினமான குறைபாடு கட்டுப்பாடு (மைக்ரோபைப்புகள், இடப்பெயர்வுகள்), மிக அதிக விலை (5–10× சிலிக்கான்).

  • சிறிய வேஃபர் அளவு:முக்கியமாக 4–6 அங்குலம்; 8 அங்குலம் இன்னும் வளர்ச்சியில் உள்ளது.

  • செயலாக்குவது கடினம்:மிகவும் கடினமானது (மோஸ் 9.5), வெட்டுதல் மற்றும் மெருகூட்டல் நேரத்தை எடுத்துக்கொள்ளும்.

4. காலியம் நைட்ரைடு (GaN)

• பயன்பாடுகள்:உயர் அதிர்வெண் மின் சாதனங்கள் (வேகமான சார்ஜிங், 5G அடிப்படை நிலையங்கள்), நீல LEDகள்/லேசர்கள்.

• நன்மைகள்:

  • மிக உயர்ந்த எலக்ட்ரான் இயக்கம் + அகலமான பட்டை இடைவெளி (3.4 eV):உயர் அதிர்வெண் (>100 GHz) மற்றும் உயர் மின்னழுத்த செயல்திறனை ஒருங்கிணைக்கிறது.

  • குறைந்த எதிர்ப்பு:சாதனத்தின் மின் இழப்பைக் குறைக்கிறது.

  • ஹெட்டோரோபிடாக்ஸி இணக்கமானது:பொதுவாக சிலிக்கான், சபையர் அல்லது SiC அடி மூலக்கூறுகளில் வளர்க்கப்படுகிறது, இதனால் செலவு குறைகிறது.

• தீமைகள்:

  • மொத்த ஒற்றை-படிக வளர்ச்சி கடினம்:ஹெட்டோரோபிடாக்ஸி பிரதான நீரோட்டமாகும், ஆனால் லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை குறைபாடுகளை அறிமுகப்படுத்துகிறது.

  • அதிக செலவு:பூர்வீக GaN அடி மூலக்கூறுகள் மிகவும் விலை உயர்ந்தவை (2-இன்ச் வேஃபர் பல ஆயிரம் அமெரிக்க டாலர்கள் செலவாகும்).

  • நம்பகத்தன்மை சவால்கள்:மின்னோட்ட சரிவு போன்ற நிகழ்வுகளுக்கு உகப்பாக்கம் தேவைப்படுகிறது.

5. இண்டியம் பாஸ்பைடு (InP)

• பயன்பாடுகள்:அதிவேக ஆப்டிகல் தகவல்தொடர்புகள் (லேசர்கள், ஃபோட்டோடெக்டர்கள்), டெராஹெர்ட்ஸ் சாதனங்கள்.

• நன்மைகள்:

  • மிக உயர்ந்த எலக்ட்ரான் இயக்கம்:100 GHz க்கும் அதிகமான செயல்பாட்டை ஆதரிக்கிறது, GaA களை விட சிறப்பாக செயல்படுகிறது.

  • அலைநீளப் பொருத்தத்துடன் நேரடி பட்டை இடைவெளி:1.3–1.55 μm ஆப்டிகல் ஃபைபர் தகவல்தொடர்புகளுக்கான மையப் பொருள்.

• தீமைகள்:

  • உடையக்கூடியது மற்றும் மிகவும் விலை உயர்ந்தது:அடி மூலக்கூறு விலை 100× சிலிக்கானை விட அதிகமாக உள்ளது, வரையறுக்கப்பட்ட வேஃபர் அளவுகள் (4–6 அங்குலம்).

6. நீலக்கல் (Al₂O₃)

• பயன்பாடுகள்:LED விளக்குகள் (GaN எபிடாக்சியல் அடி மூலக்கூறு), நுகர்வோர் மின்னணு உறை கண்ணாடி.

• நன்மைகள்:

  • குறைந்த விலை:SiC/GaN அடி மூலக்கூறுகளை விட மிகவும் மலிவானது.

  • சிறந்த வேதியியல் நிலைத்தன்மை:அரிப்பை எதிர்க்கும், அதிக மின்கடத்தா தன்மை கொண்டது.

  • வெளிப்படைத்தன்மை:செங்குத்து LED கட்டமைப்புகளுக்கு ஏற்றது.

• தீமைகள்:

  • GaN (>13%) உடன் பெரிய லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை:அதிக குறைபாடு அடர்த்தியை ஏற்படுத்துகிறது, இதனால் தாங்கல் அடுக்குகள் தேவைப்படுகின்றன.

  • மோசமான வெப்ப கடத்துத்திறன் (~1/20 சிலிக்கானில்):அதிக சக்தி கொண்ட LED களின் செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

7. பீங்கான் அடி மூலக்கூறுகள் (AlN, BeO, முதலியன)

• பயன்பாடுகள்:உயர்-சக்தி தொகுதிகளுக்கான வெப்ப பரவல்கள்.

• நன்மைகள்:

  • காப்பு + அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் (AlN: 170–230 W/m·K):அதிக அடர்த்தி கொண்ட பேக்கேஜிங்கிற்கு ஏற்றது.

• தீமைகள்:

  • ஒற்றை-படிகமற்றது:சாதன வளர்ச்சியை நேரடியாக ஆதரிக்க முடியாது, பேக்கேஜிங் அடி மூலக்கூறுகளாக மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகிறது.

8. சிறப்பு அடி மூலக்கூறுகள்

• SOI (இன்சுலேட்டரில் சிலிக்கான்):

  • அமைப்பு:சிலிக்கான்/SiO₂/சிலிக்கான் சாண்ட்விச்.

  • நன்மைகள்:ஒட்டுண்ணி மின்தேக்கம், கதிர்வீச்சு-கடினப்படுத்தப்பட்ட, கசிவு ஒடுக்கம் (RF, MEMS இல் பயன்படுத்தப்படுகிறது) ஆகியவற்றைக் குறைக்கிறது.

  • தீமைகள்:மொத்த சிலிக்கானை விட 30–50% அதிக விலை.

• குவார்ட்ஸ் (SiO₂):ஃபோட்டோமாஸ்க்குகள் மற்றும் MEMS-களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது; அதிக வெப்பநிலை எதிர்ப்பு ஆனால் மிகவும் உடையக்கூடியது.

• வைரம்:தீவிர வெப்பச் சிதறலுக்கான ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டின் கீழ், அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட அடி மூலக்கூறு (>2000 W/m·K).

ஒப்பீட்டு சுருக்க அட்டவணை

அடி மூலக்கூறு தேர்வுக்கான முக்கிய காரணிகள்

• செயல்திறன் தேவைகள்:உயர் அதிர்வெண்ணுக்கு GaAs/InP; உயர் மின்னழுத்தம், உயர் வெப்பநிலைக்கு SiC; ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ்க்கு GaAs/InP/GaN.

• செலவு கட்டுப்பாடுகள்:நுகர்வோர் மின்னணுவியல் சிலிக்கானை விரும்புகிறது; உயர்நிலை புலங்கள் SiC/GaN பிரீமியங்களை நியாயப்படுத்தலாம்.

• ஒருங்கிணைப்பு சிக்கலானது:CMOS இணக்கத்தன்மைக்கு சிலிக்கான் இன்றியமையாததாகவே உள்ளது.

• வெப்ப மேலாண்மை:உயர்-சக்தி பயன்பாடுகள் SiC அல்லது வைர அடிப்படையிலான GaN ஐ விரும்புகின்றன.

• விநியோகச் சங்கிலி முதிர்ச்சி:Si > Sapphire > GaAs > SiC > GaN > InP.

எதிர்கால போக்கு

பன்முக ஒருங்கிணைப்பு (எ.கா., GaN-on-Si, GaN-on-SiC) செயல்திறன் மற்றும் செலவை சமநிலைப்படுத்தும், 5G, மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கில் முன்னேற்றங்களை இயக்கும்.