|
معلومات تفصيلية |
|||
| الصلابة الميكانيكية: | 9 موس | معامل يونج: | 350 جيجا باسكال (GaN)، 130 جيجا باسكال (Si) |
|---|---|---|---|
| طريقة النمو الطبقي: | وزارة الصحة والسكان والمرافق والمجتمعات الريفية | درجة حرارة النمو: | 1000-1200 درجة مئوية |
| التوصيل الحراري: | 130-170 واط/متر·كلفن | الطول الموجي للانبعاث: | 365-405 نانومتر (الأشعة فوق البنفسجية/الأزرق) |
| المقاومة النوعية: | 10−3-10−2 Ω·cm | تركيز الالكترون: | 10¹⁶-10¹⁹ سم⁻³ |
| إبراز: | 8 بوصة غان على الـ Si Epitaxy si substrate,غان-على-ساي إيباتاكسي ساي سوبسترات,GaN-on-Si Epitaxy Si Substrate |
||
منتوج وصف
8 بوصة GaN-on-Si Epitaxy si substrate ((110 111 110) لمفاعلات MOCVD أو تطبيقات طاقة RF
8 بوصة GaN-على-Si خلاصة Epitaxy
تتضمن عملية التشريح GaN-on-Si التي تبلغ 8 بوصات زراعة طبقة نتريد الغاليوم (GaN) على رصيف السيليكون (Si) ، والذي يبلغ قطره 8 بوصات. يستفيد هذا المزيج من تحركية GaN الكهربائية العالية,التوصيل الحراري، وخصائص الفجوة العريضة مع قابلية التوسع والفعالية من حيث التكلفة للسيليكون. جزء حاسم من هذا الهيكل هو طبقة العازل البصرية،الذي يدير عدم تطابق الشبكة و الاختلافات في التوسع الحراري بين GaN و Si، وضمان سلامة وأداء طبقة GaN. هذه التكنولوجيا حيوية لإنتاج الكهرباء الكهربائية عالية الكفاءة، وأجهزة RF، و LEDs،توفير توازن بين الأداء والتكلفة، ويتم استخدامها بشكل متزايد في تصنيع أشباه الموصلات على نطاق واسع بسبب توافقها مع عمليات السيليكون الحالية.
خصائص 8 بوصات من غان على الـ (سي) إبتاكسي
الخصائص المادية
-
فجوة واسعة: GaN هو أشباه الموصلات واسعة الفجوة مع طاقة الفجوة النطاقية من 3.4 eV. هذه الخاصية تسمح للأجهزة القائمة على GaN للعمل في الجهد العالي، درجات الحرارة،وترددات مقارنة مع الأجهزة التقليدية القائمة على السيليكونالفجوة النطاقية الواسعة تؤدي أيضا إلى ارتفاع فولتاج الكسر، مما يجعل GaN-on-Si مثالية لتطبيقات الطاقة العالية.
-
حركة الكترونات العالية وسرعة التشبع: يظهر GaN تحركًا إلكترونيًا كبيرًا (عادةً حوالي 2000 سم 2 / فولت) وسرعة تشبع عالية (~ 2.5 × 107 سم / ثانية). هذه الخصائص تمكن من سرعات التبديل السريعة والعمل عالي التردد ،والتي هي حاسمة لأجهزة التردد الراديوي وترانزستورات الطاقة.
-
سلكية حرارية عالية: يمتلك GaN موصلات حرارية أفضل مقارنة بالسيليكون ، مما يساعد في إبعاد الحرارة بكفاءة.هذا مهم بشكل خاص في الأجهزة عالية الطاقة حيث الإدارة الحرارية أمر بالغ الأهمية للحفاظ على أداء الجهاز وموثوقيته.
-
المجال الكهربائي الحرج العالي: الحقل الكهربائي الحرج لـ GaN حوالي 3.3 MV / cm ، وهو أعلى بكثير من السيليكون. وهذا يسمح لأجهزة GaN بمعالجة حقول كهربائية أعلى دون الانهيار ،المساهمة في زيادة الكفاءة وكثافة الطاقة في الإلكترونيات القوية.
الخصائص الهيكلية والميكانيكية
-
عدم تطابق الشبكة والإجهاد: أحد التحديات في تحليل GaN على Si هو عدم التطابق الكبير بين شبكة GaN و Si (حوالي 17٪). هذا التباين يؤدي إلى التوتر في الطبقات الحركية ،والتي يمكن أن تؤدي إلى خلع العضلات والعيوبومع ذلك، فإن التقدم في تقنيات النمو القصبي، مثل استخدام طبقات العازلة واستراتيجيات إدارة التوتر، قد خففت هذه المشاكل.والتي تسمح بإنتاج رقائق عالية الجودة من غان على سي.
-
ثقيلات المصفوفة: بسبب الاختلاف في معامل التوسع الحراري بين GaN و Si ، يمكن أن يسبب الإجهاد الحراري انحناء أو تشويه الوافر خلال عملية النمو البصري.هذا التشوه الميكانيكي يمكن أن يؤثر على خطوات تصنيع الجهاز اللاحقةالتحكم في ظروف النمو وتحسين طبقات العازل أمر بالغ الأهمية للحد من هذه الآثار وضمان مسطحة الوافرات.
الخصائص الكهربائية والأداء
-
التوتر العالي: ينجم عن الجمع بين فجوة النطاق العريضة لـ GaN والحقل الكهربائي الحرج العالي في الأجهزة ذات الجهد الكهربائي العالي. هذه الخاصية حاسمة لأجهزة الطاقة ،تمكينهم من التعامل مع الجهد العالي والتيارات بكفاءة وموثوقية أكبر.
-
مقاومة منخفضة: عادة ما تظهر أجهزة GaN-on-Si مقاومة أقل مقارنة مع نظرائها القائمة على السيليكون. هذا التخفيض في المقاومة يترجم إلى خسائر طاقة أقل وكفاءة أعلى ،خاصة في تطبيقات تبديل الطاقة.
-
الكفاءة وكثافة الطاقة: تسمح تقنية GaN-on-Si بتطوير أجهزة ذات كثافة طاقة وكفاءة أعلى. وهذا مفيد بشكل خاص في إلكترونيات الطاقة،حيث أن الحد من الحجم وتحسين الأداء تحديات مستمرة.
التكلفة والقدرة على التوسع
إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام رصيف السيليكون 8 بوصات لـ GaN epitaxy هي قابلية التوسع وتخفيض التكاليف.الرواسب السيليكون متوفرة على نطاق واسع وأقل تكلفة مقارنة مع الرواسب الأخرى مثل الزفير أو كربيد السيليكون (SiC)القدرة على استخدام رقائق 8 بوصات أكبر تعني أيضًا أنه يمكن تصنيع المزيد من الأجهزة لكل رقاقة ، مما يؤدي إلى وفورات في الحجم وانخفاض تكاليف الإنتاج.
| فئة المعلمات | المعلم | القيمة/ النطاق | ملاحظات |
| الخصائص المادية | فجوة النطاق لـ GaN | 3.4 eV | نصف موصل واسع النطاق ، مناسب لتطبيقات درجة الحرارة العالية والجهد العالي والوتيرة العالية |
| الفجوة بين القطاعات | 1.12 eV | السيليكون كمادة رصيد يوفر فعالية جيدة من حيث التكلفة | |
| التوصيل الحراري | 130-170 W/m·K | التوصيل الحراري لطبقة GaN؛ الركيزة السيليكونية حوالي 149 W/m·K | |
| تحرك الإلكترونات | 1000-2000 سم2/فولت | تحرك الإلكترونات في طبقة GaN ، أعلى من السيليكون | |
| الثابت الكهربائي | 9.5 (GaN) ، 11.9 (Si) | الثوابت الكهربائية لـ GaN و Si | |
| معامل التوسع الحراري | 5.6 ppm/°C (GaN) ، 2.6 ppm/°C (Si) | عدم التطابق في معامل التوسع الحراري لـ GaN و Si ، مما قد يسبب الإجهاد | |
| ثابت الشبكة | 3.189 Å (GaN) ، 5.431 Å (Si) | عدم تطابق ثابت الشبكة بين GaN و Si ، مما قد يؤدي إلى خلل | |
| كثافة الانحراف | 108-109 سم -2 | كثافة الانحراف النموذجية في طبقة GaN ، اعتمادًا على عملية النمو البيتاكسيال | |
| صلابة ميكانيكية | 9 موهز | صلابة ميكانيكية لـ GaN ، مما يوفر مقاومة الارتداء والمتانة | |
| مواصفات الوافر | قطر الوافر | 2 بوصة، 4 بوصة، 6 بوصة، 8 بوصة | الأحجام الشائعة لـ GaN على رقائق Si |
| سمك طبقة GaN | 1-10 ميكرومتر | حسب احتياجات التطبيق الخاصة | |
| سمك القالب | 500-725 ميكرومتر | السماكة النموذجية للقالب السيليكوني للقوة الميكانيكية | |
| خشونة سطح | < 1 نانومتر RMS | خشونة السطح بعد التلميع ، مما يضمن نمو البصرية عالية الجودة | |
| ارتفاع الدرج | < 2 nm | ارتفاع الخطوة في طبقة GaN ، مما يؤثر على أداء الجهاز | |
| قوس الوافر | < 50 ميكرومتر | قوس الوافر، يؤثر على توافق العملية | |
| الخصائص الكهربائية | تركيز الإلكترون | 1016-1019 سم-3 | تركيزات المنشطات من النوع n أو p في طبقة GaN |
| المقاومة | 10−3-10−2 Ω·cm | المقاومة النموذجية لطبقة GaN | |
| تحطم الحقل الكهربائي | 3 MV/cm | قوة مجال الانهيار العالية في طبقة GaN ، مناسبة لأجهزة الجهد العالي | |
| الخصائص البصرية | طول موجة الانبعاث | 365-405 نانومتر (UV/Blue) | طول موجة انبعاث مواد GaN ، المستخدمة في مصابيح LED والليزر |
| معامل الامتصاص | ~ 104 سم -1 | معامل امتصاص GaN في نطاق الضوء المرئي | |
| الخصائص الحرارية | التوصيل الحراري | 130-170 W/m·K | التوصيل الحراري لطبقة GaN؛ الركيزة السيليكونية حوالي 149 W/m·K |
| معامل التوسع الحراري | 5.6 ppm/°C (GaN) ، 2.6 ppm/°C (Si) | عدم التطابق في معامل التوسع الحراري لـ GaN و Si ، مما قد يسبب الإجهاد | |
| الخصائص الكيميائية | الاستقرار الكيميائي | عالية | غان لديه مقاومة جيدة للتآكل، مناسبة للبيئات القاسية |
| معالجة السطح | خالية من الغبار، خالية من التلوث | متطلبات النظافة لسطح رقاقة GaN | |
| الخصائص الميكانيكية | صلابة ميكانيكية | 9 موهز | صلابة ميكانيكية لـ GaN ، مما يوفر مقاومة الارتداء والمتانة |
| وحدة (يونغ) | 350 GPa (GaN) ، 130 GPa (Si) | مقياس يونغ لـ GaN و Si ، الذي يؤثر على الخصائص الميكانيكية للجهاز | |
| معايير الإنتاج | طريقة النمو القصبي | MOCVD، HVPE، MBE | طرق نمو عامة للطبقات GaN |
| معدل العائد | يعتمد على التحكم في العملية وحجم الوافر | يؤثر العائد على عوامل مثل كثافة الانحراف وقوس الوافر | |
| درجة حرارة النمو | 1000-1200 درجة مئوية | درجة حرارة نموذجية لنمو طبقة GaN | |
| معدل التبريد | التبريد المسيطر عليه | عادة ما يتم التحكم في معدل التبريد لمنع الإجهاد الحراري وقوس الوافر |
تطبيقات 8 بوصة GaN-on-Si Epitaxy
8-بوصة GaN-on-Si (نتريد الغاليوم على السيليكون) هو تكنولوجيا تحويلية أدت إلى تقدم كبير في مختلف التطبيقات عالية الأداء.دمج GaN على الركائز السيليكونية يجمع بين الخصائص الفائقة من GaN مع فعالية التكلفة وقابلية التوسع من السيليكون، مما يجعلها حلاً جذاباً لمجموعة واسعة من الصناعات. إليك التطبيقات الرئيسية لـ 8 بوصات GaN-on-Si epitaxy:
1.إلكترونيات الطاقة
-
ترانزستورات الطاقة: يتم استخدام GaN-on-Si بشكل متزايد في ترانزستورات الطاقة ، مثل ترانزستورات الحركة الكهربائية العالية (HEMT) وترانزستورات تأثير المجال نصف الموصلات المعدنية (MOSFETs).تستفيد هذه الترانزستورات من حركة الكترونات العالية لـ GaN، وارتفاع فولتاج الانهيار، وانخفاض المقاومة، مما يجعلها مثالية لتحويل الطاقة بكفاءة في تطبيقات مثل مراكز البيانات، والمركبات الكهربائية، وأنظمة الطاقة المتجددة.
-
محولات الطاقة: أداء GaN-on-Si المتفوق في التبديل عالية التردد يسمح بتطوير محولات الطاقة المدمجة والفعالة.هذه المحولات ضرورية في تطبيقات تتراوح من محولات AC / DC ومشغلات الشحن إلى مصادر الطاقة الصناعية والمحولات الضوئية.
-
محولات الطاقة المتجددة: يتم استخدام محولات GaN-on-Si في أنظمة الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح.قدرتهم على العمل في ترددات عالية وجهد مع تقليل خسائر الطاقة إلى أدنى حد يؤدي إلى توليد طاقة متجددة أكثر كفاءة وموثوقية.
2.تطبيقات الترددات الراديوية
-
مكبرات الطاقة الراديوية: يستخدم GaN-on-Si على نطاق واسع في مضاعفات طاقة RF بسبب قدرته على العمل في ترددات عالية بكفاءة عالية. هذه المضاعفات حاسمة للبنية التحتية للاتصالات.بما في ذلك محطات قاعدة 5G، الاتصالات الفضائية، وأنظمة الرادار.
-
مكبرات الضوضاء المنخفضة (LNA): في تطبيقات الترددات الراديوية ، تستخدم LNAs القائمة على GaN على Si لتضخيم الإشارات الضعيفة دون إضافة ضوضاء كبيرة ، مما يحسن من حساسية وأداء أنظمة الاتصالات.
-
أنظمة الرادار والدفاع: إن كثافة الطاقة العالية لـ GaN-on-Si وكفاءتها تجعلها مناسبة لتطبيقات الرادار والدفاع ، حيث تكون الأداء العالي والتشغيل الموثوق به حاسمة.
3.أجهزة الألكترونيات
-
ثنائيات إصدار الضوء (LEDs): تستخدم تكنولوجيا GaN على Si في إنتاج مصابيح LED ، وخاصة لتكنولوجيات الإضاءة والعرض العامة.تتيح قابلية توسيع رقائق 8 بوصات تصنيع مصابيح LED عالية السطوع بكلفة فعالة تستخدم في مختلف التطبيقات الاستهلاكية والصناعية.
-
ثنائيات الليزر: يستخدم غان على سي أيضاً في تطوير ثنائيات الليزر، والتي تستخدم في التخزين البصري والاتصالات والأجهزة الطبية.إن الجمع بين كفاءة GaN العالية وقابلية السيليكون للتوسع يجعل هذه الأجهزة أكثر سهولة وبأسعار معقولة.
4.السيارات الكهربائية والسيارات
-
شاحنات ومحولات محمولة: أجهزة GaN-on-Si جزء لا يتجزأ من الشواحن الداخلية والمحولات المستخدمة في المركبات الكهربائية. تستفيد هذه المكونات من كفاءة GaN العالية وحجمها المدمج،المساهمة في امتداد مدى القيادة وأوقات الشحن الأسرع.
-
أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS): إن التشغيل عالية التردد وكفاءة GaN-on-Si قيمة في ADAS ، والتي تعتمد على تقنيات الرادار و LiDAR لتوفير بيانات في الوقت الحقيقي للقيادة الأكثر أمانًا.
5.مراكز البيانات والخوادم
-
وحدات إمدادات الطاقة: تستخدم تكنولوجيا GaN-on-Si في وحدات الكهرباء العامة لمراكز البيانات والخوادم ، مما يوفر كفاءة أعلى وتخفيض إنتاج الحرارة مقارنة بمصادر الطاقة التقليدية القائمة على السيليكون.هذا يؤدي إلى انخفاض تكاليف التبريد وتحسين كفاءة الطاقة بشكل عام.
-
إدارة الطاقة عالية الكفاءة: الحجم المدمج وكفاءة أجهزة GaN-on-Si تجعلها مثالية لأنظمة إدارة الطاقة المتقدمة في مراكز البيانات ، حيث كفاءة الطاقة والموثوقية هي أمران أساسيان.
6.إلكترونيات المستهلك
-
شاحنات سريعة: يتم استخدام GaN-on-Si بشكل متزايد في الشواحن السريعة للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المحمولة الأخرى. تتيح التكنولوجيا شواحن أصغر وأخف وزناً يمكنها توفير طاقة عالية بكفاءة ،تقليل أوقات الشحن.
-
محولات الطاقة: الحجم المدمج والكفاءة العالية لمعدلات الطاقة القائمة على GaN على Si تجعلها خيارًا مفضلًا للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، مما يؤدي إلى حلول شحن أكثر قابلية للاستخدام وكفاءة في استخدام الطاقة.
7.الاتصالات
-
المحطات الأساسية: غان على سي أمر بالغ الأهمية لمضاعفات الطاقة المستخدمة في محطات قاعدة الجيل الخامستمكين نشر شبكات اتصالات أسرع وأكثر موثوقية.
-
الاتصالات عبر الأقمار الصناعية: القدرات العالية للطاقة والتردد من أجهزة GaN-on-Si مفيدة أيضًا في أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، مما يحسن قوة الإشارة ومعدلات نقل البيانات.
الاستنتاج
تطبيقات 8 بوصات من GaN-on-Si epitaxy تمتد عبر مجموعة واسعة من الصناعات ، من الإلكترونيات الكهربائية والاتصالات إلى أجهزة الألكترونيات الضوئية ونظم السيارات.قدرتها على الجمع بين الأداء العالي مع التصنيع الفعال من حيث التكلفة تجعلها عاملًا رئيسيًا في تكنولوجيات الجيل القادم، ودفع الابتكار في مختلف القطاعات ذات الطلب الكبير.
8 بوصة GaN-on-Si صورة Epitaxy
أسئلة وأجوبة
س: ما هي مزايا نتريد الغاليوم على السيليكون؟
أ:يقدم نتريد الغاليوم (GaN) مزايا كبيرة على السيليكون (Si) بسبب فجوة النطاق الواسعة ، وتحرك الإلكترونات الأعلى ، والقدرة على توصيل الحرارة الأفضل.تمكن هذه الخصائص أجهزة GaN من العمل في فولتات أعلى، درجات الحرارة، والترددات مع كفاءة أكبر وأسرع سرعات التبديل. GaN لديها أيضا جهد انقطاع أعلى، وانخفاض مقاومة على ويمكن التعامل مع كثافة طاقة أعلى،مما يجعلها مثالية للكهرباء القوية، تطبيقات الترددات الراديوية، والعمليات عالية التردد، حيث التكامل والكفاءة والإدارة الحرارية أمر بالغ الأهمية.