سيمي ڪنڊڪٽر جي پيداوار لاءِ اهم خام مال: ويفر سبسٽريٽس جا قسم

سيمي ڪنڊڪٽر ڊوائيسز ۾ اهم مواد جي طور تي ويفر سبسٽريٽ

ويفر سبسٽريٽ سيمي ڪنڊڪٽر ڊوائيسز جا جسماني ڪيريئر آهن، ۽ انهن جي مادي خاصيتون سڌو سنئون ڊوائيس جي ڪارڪردگي، قيمت، ۽ ايپليڪيشن فيلڊ کي طئي ڪن ٿيون. هيٺ ڏنل مکيه قسم جا ويفر سبسٽريٽ انهن جي فائدن ۽ نقصانن سان گڏ آهن:

1.سليڪون (Si)

• مارڪيٽ شيئر:عالمي سيمي ڪنڊڪٽر مارڪيٽ جو 95 سيڪڙو کان وڌيڪ حصو آهي.

• فائدا:

  • گھٽ قيمت:وافر مقدار ۾ خام مال (سلڪون ڊاءِ آڪسائيڊ)، پختو پيداواري عمل، ۽ پيماني جي مضبوط معيشتون.

  • اعليٰ عمل مطابقت:CMOS ٽيڪنالاجي انتهائي پختي آهي، ترقي يافته نوڊس (مثال طور، 3nm) جي حمايت ڪري ٿي.

  • بهترين ڪرسٽل معيار:گهٽ خرابي جي کثافت سان وڏي قطر وارا ويفر (خاص طور تي 12 انچ، 18 انچ ترقي هيٺ) پوکي سگهجن ٿا.

  • مستحڪم مشيني خاصيتون:ڪٽڻ، پالش ڪرڻ ۽ سنڀالڻ ۾ آسان.

• نقصان:

  • تنگ بينڊ گيپ (1.12 eV):بلند درجه حرارت تي تيز ليڪيج ڪرنٽ، پاور ڊوائيس جي ڪارڪردگي کي محدود ڪري ٿو.

  • اڻ سڌي طرح بينڊ گيپ:تمام گهٽ روشني جي اخراج جي ڪارڪردگي، آپٽو اليڪٽرانڪ ڊوائيسز جهڙوڪ ايل اي ڊي ۽ ليزر لاءِ نا مناسب.

  • محدود اليڪٽران جي حرڪت:ڪمپائونڊ سيمي ڪنڊڪٽرز جي مقابلي ۾ گهٽترين اعليٰ فريڪوئنسي ڪارڪردگي.
    

2.گيليم آرسنائيڊ (GaAs)

• درخواستون:هاءِ فريڪوئنسي آر ايف ڊوائيسز (5G/6G)، آپٽو اليڪٽرانڪ ڊوائيسز (ليزر، سولر سيلز).

• فائدا:

  • اليڪٽران جي تيز حرڪت (5-6× سلڪون جي ڀيٽ ۾):تيز رفتار، تيز فريڪوئنسي ايپليڪيشنن جهڙوڪ ملي ميٽر-ويو ڪميونيڪيشن لاءِ موزون.

  • سڌو بينڊ گيپ (1.42 eV):اعليٰ ڪارڪردگي وارو فوٽو اليڪٽرڪ ڪنورشن، انفراريڊ ليزر ۽ ايل اي ڊي جو بنياد.

  • اعلي گرمي پد ۽ تابڪاري جي مزاحمت:خلائي ۽ سخت ماحول لاءِ موزون.

• نقصان:

  • وڏي قيمت:گھٽ مواد، مشڪل ڪرسٽل واڌ (ڊسپلوڪيشن جو شڪار)، محدود ويفر سائيز (خاص طور تي 6 انچ).

  • ٽٽل ميڪينڪس:ٽٽڻ جو خطرو، جنهن جي نتيجي ۾ پروسيسنگ جي پيداوار گهٽ ٿئي ٿي.

  • زهر:آرسينڪ کي سخت سنڀال ۽ ماحولياتي ڪنٽرول جي ضرورت آهي.

3. سلڪون ڪاربائيڊ (SiC)

• درخواستون:تيز گرمي پد ۽ تيز وولٽيج پاور ڊوائيسز (اي وي انورٽر، چارجنگ اسٽيشن)، ايرو اسپيس.

• فائدا:

  • وسيع بينڊ گيپ (3.26 eV):وڌيڪ خرابي جي طاقت (10× سلڪون جي ڀيٽ ۾)، اعليٰ درجه حرارت جي رواداري (آپريٽنگ گرمي پد >200 °C).

  • اعليٰ حرارتي چالکائي (≈3× سلڪون):بهترين گرمي جي ضايع ڪرڻ، اعلي سسٽم پاور کثافت کي فعال ڪندي.

  • گھٽ سوئچنگ نقصان:پاور ڪنورشن ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي ٿو.

• نقصان:

  • مشڪل سبسٽريٽ تيار ڪرڻ:سست ڪرسٽل واڌ (> 1 هفتو)، مشڪل خرابي ڪنٽرول (مائڪرو پائپ، ڊسلوڪيشن)، انتهائي وڌيڪ قيمت (5-10× سلڪون).

  • ننڍي ويفر سائيز:بنيادي طور تي 4-6 انچ؛ 8 انچ اڃا ترقي هيٺ آهي.

  • پروسيس ڪرڻ ڏکيو:تمام ڏکيو (محس 9.5)، جنهن ڪري ڪٽڻ ۽ پالش ڪرڻ ۾ وقت لڳندو آهي.

4. گيليم نائٽرائڊ (GaN)

• درخواستون:هاءِ فريڪوئنسي پاور ڊوائيسز (تيز چارجنگ، 5G بيس اسٽيشن)، نيرو ايل اي ڊي/ليزر.

• فائدا:

  • الٽرا هاءِ اليڪٽران موبلٽي + وائڊ بينڊ گيپ (3.4 eV):اعليٰ تعدد (> 100 GHz) ۽ اعليٰ وولٽيج ڪارڪردگي کي گڏ ڪري ٿو.

  • گھٽ مزاحمت:ڊوائيس جي بجلي جي نقصان کي گھٽائي ٿو.

  • هيٽرو ايپيٽڪسي مطابقت:عام طور تي سلڪون، نيلم، يا SiC سبسٽريٽس تي پوکيا ويندا آهن، قيمت گھٽائي ٿي.

• نقصان:

  • وڏي پيماني تي سنگل ڪرسٽل واڌ ڏکيو:هيٽرو ايپيٽڪسي مکيه وهڪرو آهي، پر جالي جي بي ترتيبي خرابيون متعارف ڪرائي ٿي.

  • وڏي قيمت:اصلي GaN سبسٽريٽ تمام مهانگا آهن (هڪ 2 انچ ويفر جي قيمت ڪيترائي هزار آمريڪي ڊالر ٿي سگهي ٿي).

  • اعتبار جا چئلينج:موجوده تباهي جهڙين حالتن کي اصلاح جي ضرورت آهي.

5. انڊيم فاسفائيڊ (InP)

• درخواستون:تيز رفتار آپٽيڪل ڪميونيڪيشن (ليزر، فوٽو ڊيٽيڪٽر)، ٽيرا هرٽز ڊوائيسز.

• فائدا:

  • الٽرا هاءِ اليڪٽران موبلٽي:100 GHz کان وڌيڪ آپريشن کي سپورٽ ڪري ٿو، GaAs کان بهتر ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو.

  • طول موج جي ميلاپ سان سڌو بينڊ گيپ:1.3-1.55 μm آپٽيڪل فائبر ڪميونيڪيشن لاءِ بنيادي مواد.

• نقصان:

  • ڪمزور ۽ تمام مهانگو:سبسٽريٽ جي قيمت 100× سلڪون کان وڌيڪ آهي، محدود ويفر سائيز (4-6 انچ).

6. نيلم (Al₂O₃)

• درخواستون:ايل اي ڊي لائيٽنگ (GaN ايپيٽيڪسيل سبسٽريٽ)، ڪنزيومر اليڪٽرانڪس شيشي کي ڍڪيندي آهي.

• فائدا:

  • گھٽ قيمت:SiC/GaN سبسٽريٽس کان گهڻو سستو.

  • بهترين ڪيميائي استحڪام:سنکنرن جي مزاحمتي، انتهائي موصل.

  • شفافيت:عمودي ايل اي ڊي اڏاوتن لاءِ مناسب.

• نقصان:

  • GaN سان وڏي جالي جي بي ترتيبي (> 13%):خرابين جي کثافت وڌيڪ ٿئي ٿي، جنهن لاءِ بفر پرتن جي ضرورت پوي ٿي.

  • خراب حرارتي چالکائي (سلڪون جو ~1/20):هاءِ پاور ايل اي ڊي جي ڪارڪردگي کي محدود ڪري ٿو.

7. سيرامڪ سبسٽريٽ (AlN، BeO، وغيره)

• درخواستون:هاءِ پاور ماڊلز لاءِ گرمي پکيڙيندڙ.

• فائدا:

  • موصلي + اعليٰ حرارتي چالکائي (AlN: 170–230 W/m·K):اعلي کثافت واري پيڪنگنگ لاءِ مناسب.

• نقصان:

  • غير سنگل ڪرسٽل:ڊوائيس جي واڌ کي سڌو سنئون سپورٽ نٿو ڪري سگهجي، صرف پيڪنگنگ سبسٽريٽس طور استعمال ڪيو ويندو آهي.

8. خاص ذيلي ذخيرا

• ايس او آءِ (سلڪون آن انسوليٽر):

  • بناوت:سلڪون/SiO₂/سلڪون سينڊوچ.

  • فائدا:پيراسائٽڪ ڪيپيسٽينس، ريڊيئيشن-سخت، ليڪيج سپريشن (آر ايف، ايم اي ايم ايس ۾ استعمال ٿيل) گھٽائي ٿو.

  • نقصان:بلڪ سلڪون کان 30-50٪ وڌيڪ مهانگو.

• ڪوارٽز (SiO₂):فوٽو ماسڪ ۽ ايم اي ايم ايس ۾ استعمال ٿيل؛ تيز گرمي پد جي مزاحمت پر تمام گهڻو ڀُرندڙ.

• هيرا:انتهائي گرمي جي ضايع ڪرڻ لاءِ آر اينڊ ڊي تحت، سڀ کان وڌيڪ حرارتي چالکائي وارو سبسٽريٽ (>2000 W/m·K).

تقابلي خلاصو جدول

سبسٽريٽ جي چونڊ لاءِ اهم عنصر

• ڪارڪردگي جون گهرجون:هاءِ فريڪوئنسي لاءِ GaAs/InP؛ هاءِ وولٽيج، هاءِ گرمي پد لاءِ SiC؛ آپٽو اليڪٽرانڪس لاءِ GaAs/InP/GaN.

• خرچ جون پابنديون:صارف اليڪٽرانڪس سلڪون کي ترجيح ڏين ٿا؛ اعليٰ درجي جا شعبا SiC/GaN پريميئم کي جائز قرار ڏئي سگهن ٿا.

• انضمام جي پيچيدگي:سي ايم او ايس مطابقت لاءِ سلڪون ناقابلِ بدل آهي.

• حرارتي انتظام:هاءِ پاور ايپليڪيشنون SiC يا هيرن تي ٻڌل GaN کي ترجيح ڏين ٿيون.

• سپلائي چين جي پختگي:Si > Sapphire > GaAs > SiC > GaN > InP.

مستقبل جو رجحان

متضاد انضمام (مثال طور، GaN-on-Si، GaN-on-SiC) ڪارڪردگي ۽ قيمت کي متوازن ڪندو، 5G، برقي گاڏين، ۽ ڪوانٽم ڪمپيوٽنگ ۾ ترقي کي هلائيندو.