Wafers epitaxiais de nitreto de gálio: uma introdução ao processo de fabricação

Nitreto de gálio (GaN)bolacha epitaxialo crescimento é um processo complexo, muitas vezes utilizando um método de duas etapas. Este método envolve vários estágios críticos, incluindo cozimento em alta temperatura, crescimento da camada tampão, recristalização e recozimento. Ao controlar meticulosamente a temperatura ao longo desses estágios, o método de crescimento em duas etapas evita efetivamente o empenamento do wafer causado pela incompatibilidade ou tensão da rede, tornando-o o método de fabricação predominante paraBolachas epitaxiais de GaNglobalmente.

1. CompreensãoBolachas Epitaxiais

Umbolacha epitaxialconsiste em um substrato monocristalino sobre o qual uma nova camada monocristalina é cultivada. Esta camada epitaxial desempenha um papel crucial na determinação de aproximadamente 70% do desempenho do dispositivo final, tornando-a uma matéria-prima vital na fabricação de chips semicondutores.

Posicionado a montante na cadeia da indústria de semicondutores,bolachas epitaxiaisservir como um componente fundamental, apoiando toda a indústria de fabricação de semicondutores. Os fabricantes utilizam tecnologias avançadas como Deposição Química de Vapor (CVD) e Epitaxia por Feixe Molecular (MBE) para depositar e fazer crescer a camada epitaxial no material do substrato. Esses wafers então passam por processamento adicional por meio de fotolitografia, deposição de filme fino e gravação para se tornarem wafers semicondutores. Posteriormente, estesbolachassão cortados em matrizes individuais, que são então embaladas e testadas para criar os circuitos integrados (ICs) finais. Ao longo de todo o processo de produção do chip, a interação constante com a fase de design do chip é crucial para garantir que o produto final atenda a todas as especificações e requisitos de desempenho.

2. Aplicações de GaNBolachas Epitaxiais

As propriedades inerentes do GaN fazemBolachas epitaxiais de GaNparticularmente adequado para aplicações que exigem operação de alta potência, alta frequência e média a baixa tensão. Algumas áreas de aplicação principais incluem:

Alta tensão de ruptura: O amplo bandgap do GaN permite que os dispositivos suportem tensões mais altas em comparação com os equivalentes tradicionais de silício ou arsenieto de gálio. Essa característica torna o GaN ideal para aplicações como estações base 5G e sistemas de radar militares.

Alta eficiência de conversão: dispositivos de comutação de energia baseados em GaN apresentam resistência de ligação significativamente menor em comparação com dispositivos de silício, resultando em perdas de comutação reduzidas e maior eficiência energética.

Alta condutividade térmica: A excelente condutividade térmica do GaN permite uma dissipação de calor eficiente, tornando-o adequado para aplicações de alta potência e alta temperatura.

Alta resistência ao campo elétrico de ruptura: Embora a força do campo elétrico de ruptura do GaN seja comparável à do carboneto de silício (SiC), fatores como processamento de semicondutores e incompatibilidade de rede normalmente limitam a capacidade de manipulação de tensão dos dispositivos GaN a cerca de 1000V, com uma tensão operacional segura geralmente abaixo de 650V.

3. Classificação de GaNBolachas Epitaxiais

Como material semicondutor de terceira geração, o GaN oferece inúmeras vantagens, incluindo resistência a altas temperaturas, excelente compatibilidade, alta condutividade térmica e amplo bandgap. Isso levou à sua ampla adoção em vários setores.Bolachas epitaxiais de GaNpodem ser categorizados com base em seu material de substrato: GaN-on-GaN, GaN-on-SiC, GaN-on-Sapphire e GaN-on-Silicon. Entre estes,GaN-on-Silicon bolachassão atualmente os mais utilizados devido aos seus custos de produção mais baixos e processos de fabricação maduros.**