Wafer substrat semikonduktor: Sifat material silikon, GaAs, SiC dan GaN

01. Basics of wafer substrat semikonduktor

1.1 Pengertian substrat semikonduktor

Substrat semikonduktor mengacu pada bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan perangkat semikonduktor, biasanya bahan kristal tunggal atau polikristalin yang dibuat dengan teknologi pertumbuhan kristal yang sangat murni. Wafer substrat biasanya berupa struktur lembaran tipis dan padat, tempat berbagai perangkat dan sirkuit semikonduktor diproduksi. Kemurnian dan kualitas substrat secara langsung mempengaruhi kinerja dan keandalan perangkat semikonduktor akhir.

1.2 Peran dan bidang penerapan wafer substrat

Wafer substrat memainkan peran penting dalam proses pembuatan semikonduktor. Sebagai dasar perangkat dan sirkuit, wafer substrat tidak hanya mendukung struktur keseluruhan perangkat, namun juga memberikan dukungan yang diperlukan dalam aspek listrik, termal, dan mekanik. Fungsi utamanya meliputi:

Dukungan mekanis: Memberikan landasan struktural yang stabil untuk mendukung langkah-langkah produksi selanjutnya.

Manajemen termal: Membantu menghilangkan panas untuk mencegah panas berlebih yang memengaruhi kinerja perangkat.

Karakteristik kelistrikan: Mempengaruhi sifat listrik perangkat, seperti konduktivitas, mobilitas pembawa, dll.

Dalam hal bidang aplikasi, wafer substrat banyak digunakan di:

Perangkat mikroelektronik: seperti sirkuit terpadu (IC), mikroprosesor, dll.

Perangkat optoelektronik: seperti LED, laser, fotodetektor, dll.

Perangkat elektronik frekuensi tinggi: seperti amplifier RF, perangkat gelombang mikro, dll.

Perangkat elektronik daya: seperti konverter daya, inverter, dll.

02. Bahan semikonduktor dan sifat-sifatnya

Substrat silikon (Si).

· Perbedaan antara silikon kristal tunggal dan silikon polikristalin:

Silikon merupakan bahan semikonduktor yang paling umum digunakan, terutama dalam bentuk silikon kristal tunggal dan silikon polikristalin. Silikon kristal tunggal terdiri dari struktur kristal kontinu, dengan kemurnian tinggi dan karakteristik bebas cacat, yang sangat cocok untuk perangkat elektronik berkinerja tinggi. Silikon polikristalin terdiri dari banyak butiran, dan terdapat batas butiran di antara butirannya. Meskipun biaya produksinya rendah, namun performa kelistrikannya buruk, sehingga biasanya digunakan dalam beberapa skenario aplikasi berperforma rendah atau berskala besar, seperti sel surya.

·Sifat elektronik dan keunggulan substrat silikon:

Substrat silikon memiliki sifat elektronik yang baik, seperti mobilitas pembawa yang tinggi dan kesenjangan energi yang moderat (1,1 eV), yang menjadikan silikon bahan yang ideal untuk pembuatan sebagian besar perangkat semikonduktor.

Selain itu, substrat silikon memiliki keunggulan sebagai berikut:

Kemurnian tinggi: Melalui teknik pemurnian dan pertumbuhan tingkat lanjut, silikon kristal tunggal dengan kemurnian sangat tinggi dapat diperoleh.

Efektivitas biaya: Dibandingkan dengan bahan semikonduktor lainnya, silikon memiliki biaya rendah dan proses pembuatan yang matang.

Pembentukan oksida: Silikon secara alami dapat membentuk lapisan silikon dioksida (SiO2), yang dapat berfungsi sebagai lapisan isolasi yang baik dalam pembuatan perangkat.

Substrat Gallium arsenida (GaAs).

· Karakteristik GaA frekuensi tinggi:

Gallium arsenide adalah semikonduktor senyawa yang sangat cocok untuk perangkat elektronik frekuensi tinggi dan berkecepatan tinggi karena mobilitas elektronnya yang tinggi dan celah pita yang lebar. Perangkat GaAs dapat beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dengan efisiensi yang lebih tinggi dan tingkat kebisingan yang lebih rendah. Hal ini menjadikan GaAs bahan penting dalam aplikasi gelombang mikro dan gelombang milimeter.

· Penerapan GaAs dalam optoelektronik dan perangkat elektronik frekuensi tinggi:

Karena celah pita langsungnya, GaAs juga banyak digunakan pada perangkat optoelektronik. Misalnya saja bahan GaAs yang banyak digunakan dalam pembuatan LED dan laser. Selain itu, mobilitas elektron yang tinggi dari GaAs membuatnya bekerja dengan baik pada amplifier RF, perangkat gelombang mikro, dan peralatan komunikasi satelit.

Substrat Silikon Karbida (SiC).

· Konduktivitas termal dan sifat daya tinggi SiC:

Silikon karbida adalah semikonduktor celah pita lebar dengan konduktivitas termal yang sangat baik dan medan listrik kerusakan tinggi. Sifat-sifat ini membuat SiC sangat cocok untuk aplikasi daya tinggi dan suhu tinggi. Perangkat SiC dapat beroperasi secara stabil pada tegangan dan suhu beberapa kali lebih tinggi dibandingkan perangkat silikon.

· Keunggulan SiC pada perangkat elektronika daya:

Substrat SiC menunjukkan keunggulan signifikan pada perangkat elektronik daya, seperti kerugian peralihan yang lebih rendah dan efisiensi yang lebih tinggi. Hal ini membuat SiC semakin populer dalam aplikasi konversi daya tinggi seperti kendaraan listrik, inverter angin dan surya. Selain itu, SiC banyak digunakan dalam pengendalian dirgantara dan industri karena ketahanan suhunya yang tinggi.

Substrat Galium Nitrida (GaN).

· Mobilitas elektron tinggi dan sifat optik GaN:

Gallium nitrida adalah semikonduktor celah pita lebar lainnya dengan mobilitas elektron yang sangat tinggi dan sifat optik yang kuat. Mobilitas elektron yang tinggi pada GaN membuatnya sangat efisien dalam aplikasi frekuensi tinggi dan daya tinggi. Pada saat yang sama, GaN dapat memancarkan cahaya dalam rentang ultraviolet hingga cahaya tampak, cocok untuk berbagai perangkat optoelektronik.

· Penerapan GaN pada perangkat listrik dan optoelektronik:

Di bidang elektronika daya, perangkat GaN unggul dalam mengalihkan catu daya dan amplifier RF karena medan listriknya yang tinggi dan resistansi yang rendah. Pada saat yang sama, GaN juga memainkan peran penting dalam perangkat optoelektronik, terutama dalam pembuatan LED dan dioda laser, yang mendorong kemajuan teknologi pencahayaan dan tampilan.

· Potensi munculnya material dalam semikonduktor:

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, munculnya bahan semikonduktor seperti galium oksida (Ga2O3) dan intan telah menunjukkan potensi yang besar. Gallium oksida memiliki celah pita yang sangat lebar (4,9 eV) dan sangat cocok untuk perangkat elektronik berdaya tinggi, sedangkan berlian dianggap sebagai bahan yang ideal untuk aplikasi daya tinggi dan frekuensi tinggi generasi berikutnya karena sifat termalnya yang sangat baik. konduktivitas dan mobilitas pembawa yang sangat tinggi. Bahan-bahan baru ini diharapkan memainkan peran penting dalam perangkat elektronik dan optoelektronik di masa depan.

03. Proses pembuatan wafer

3.1 Teknologi pertumbuhan wafer substrat

3.1.1 Metode Czochralski (metode CZ)

Metode Czochralski adalah metode yang paling umum digunakan untuk pembuatan wafer silikon kristal tunggal. Caranya dengan merendam benih kristal ke dalam silikon cair kemudian menariknya keluar secara perlahan, sehingga silikon cair tersebut mengkristal pada kristal benih dan tumbuh menjadi kristal tunggal. Metode ini dapat menghasilkan silikon kristal tunggal berukuran besar dan berkualitas tinggi, yang sangat cocok untuk pembuatan sirkuit terpadu skala besar.

3.1.2 Metode Bridgman

Metode Bridgman umumnya digunakan untuk menumbuhkan senyawa semikonduktor, seperti galium arsenida. Dalam metode ini, bahan mentah dipanaskan hingga menjadi cair dalam wadah dan kemudian didinginkan secara perlahan hingga membentuk kristal tunggal. Metode Bridgman dapat mengontrol laju pertumbuhan dan arah kristal dan cocok untuk produksi semikonduktor senyawa kompleks.

3.1.3 Epitaksi berkas molekul (MBE)

Epitaksi berkas molekul adalah teknologi yang digunakan untuk menumbuhkan lapisan semikonduktor ultra-tipis pada substrat. Ini membentuk lapisan kristal berkualitas tinggi dengan secara tepat mengontrol berkas molekul dari berbagai elemen dalam lingkungan vakum sangat tinggi dan menyimpannya lapis demi lapis pada substrat. Teknologi MBE sangat cocok untuk pembuatan titik kuantum presisi tinggi dan struktur heterojungsi ultra-tipis.

3.1.4 Deposisi uap kimia (CVD)

Deposisi uap kimia adalah teknologi deposisi film tipis yang banyak digunakan dalam pembuatan semikonduktor dan material berkinerja tinggi lainnya. CVD menguraikan prekursor gas dan menyimpannya di permukaan substrat untuk membentuk film padat. Teknologi CVD dapat menghasilkan film dengan ketebalan dan komposisi yang sangat terkontrol, sehingga sangat cocok untuk pembuatan perangkat yang kompleks.

3.2 Pemotongan dan pemolesan wafer

3.2.1 Teknologi pemotongan wafer silikon

Setelah pertumbuhan kristal selesai, kristal besar akan dipotong menjadi irisan tipis hingga menjadi wafer. Pemotongan wafer silikon biasanya menggunakan teknologi mata gergaji berlian atau gergaji kawat untuk menjamin akurasi pemotongan dan mengurangi kehilangan material. Proses pemotongan perlu dikontrol secara tepat untuk memastikan ketebalan dan kerataan permukaan wafer memenuhi persyaratan.

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

VeTek Semiconductor adalah produsen Cina profesionalWafer SiC tipe-p sumbu 4°off, Substrat SiC tipe 4H N, DanSubstrat SiC tipe Semi Isolasi 4H.  VeTek Semiconductor berkomitmen untuk menyediakan solusi canggih untuk berbagai halWafer SiCproduk untuk industri semikonduktor. 

Jika Anda tertarikWafer substrat semikonduktors, jangan ragu untuk menghubungi kami secara langsung.

Massa: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Surel: anny@veteksemi.com