|
Detailinformationen |
|||
| Mechanische Härte: | 9 Mohs | Young's Modulus: | 350 GPa (GaN), 130 GPa (Si) |
|---|---|---|---|
| Epitaxiale Wachstumsmethode: | MOCVD, HVPE, MBE | Wachstumstemperatur: | 1000 bis 1200 °C |
| Wärmeleitfähigkeit: | 130 bis 170 W/m·K | Emissionswellenlänge: | 365 bis 405 nm (UV/blau) |
| Widerstand: | 10−3-10−2 Ω·cm | Elektronenkonzentration: | 1016 bis 1019 cm−3 |
| Hervorheben: | 8 Zoll GaN-on-Si-Epitaxy-Si-Substrat,GaN-on-Si-Epitaxy-Si-Substrat |
||
Produkt-Beschreibung
8 Zoll GaN-on-Si Epitaxy si Substrat ((110 111 110) für MOCVD-Reaktoren oder RF-Energieanwendungen
8 Zoll GaN-on-Si Epitaxy Abstrakt
Der 8-Zoll-GaN-on-Si-Epitaxy-Prozess beinhaltet das Anwachsen einer Galliumnitrid-Schicht (GaN) auf einem Silizium- (Si) Substrat, das 8 Zoll im Durchmesser ist.,Eine entscheidende Komponente dieser Struktur ist die epitaxiale Pufferschicht.der die Gitterunterstimmung und die Wärmeexpansionsunterschiede zwischen GaN und Si regeltDiese Technologie ist für die Herstellung hocheffizienter Leistungselektronik, HF-Geräte und LEDs von entscheidender Bedeutung.eine Balance zwischen Leistung und Kosten bieten, und wird aufgrund seiner Kompatibilität mit bestehenden Siliziumverfahren zunehmend in der großtechnischen Halbleiterherstellung eingesetzt.
Eigenschaften von 8 Zoll GaN-on-Si Epitaxy
Materielle Eigenschaften
-
Weite Bandbreite: GaN ist ein breiter Bandspalt-Halbleiter mit einer Bandspaltenergie von 3,4 eV. Diese Eigenschaft ermöglicht es GaN-basierten Geräten, bei höheren Spannungen, Temperaturen,und Frequenzen im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-basierten GerätenDie breite Bandbreite führt auch zu höheren Abbruchspannungen, was GaN-on-Si ideal für Hochleistungsanwendungen macht.
-
Hohe Elektronenmobilität und Sättigungsgeschwindigkeit: GaN weist eine hohe Elektronenmobilität (typischerweise etwa 2000 cm2/Vs) und eine hohe Sättigungsgeschwindigkeit (~ 2,5 x 107 cm/s) auf. Diese Eigenschaften ermöglichen schnelle Schaltgeschwindigkeiten und einen Hochfrequenzbetrieb,die für HF-Geräte und Leistungstransistoren entscheidend sind.
-
Hohe Wärmeleitung: GaN hat im Vergleich zu Silizium eine bessere Wärmeleitfähigkeit, was zur effizienten Wärmeableitung beiträgt.Dies ist besonders wichtig bei Hochleistungsgeräten, bei denen das thermische Management entscheidend ist, um die Leistung und Zuverlässigkeit des Geräts zu erhalten.
-
Hochkritisches elektrisches Feld: Das kritische elektrische Feld von GaN beträgt etwa 3,3 MV/cm, was deutlich höher ist als bei Silizium. Dies ermöglicht es GaN-Geräten, höhere elektrische Felder zu bewältigen, ohne abzubauen,Beitrag zu einer höheren Effizienz und Leistungsdichte in der Leistungselektronik.
Strukturelle und mechanische Eigenschaften
-
Verknüpfungen und Spannungen der Gitter: Eine der Herausforderungen bei der GaN-on-Si-Epitaxie ist die signifikante Gitterunterstimmung zwischen GaN und Si (ca. 17%).die zu Verrutschungen und Defekten führen könnenDurch Fortschritte bei den epitaxialen Wachstumstechniken, wie z. B. die Verwendung von Pufferlagen und Strainmanagementstrategien, wurden diese Probleme jedoch gelindert.die Herstellung von hochwertigen GaN-on-Si-Wafern ermöglicht.
-
Waferbogen und -verformung: Aufgrund des Unterschieds in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen GaN und Si kann thermische Belastung während des epitaxialen Wachstumsprozesses zu einer Verbiegung oder Verformung der Wafer führen.Diese mechanische Verformung kann sich auf nachfolgende Fertigungsschritte des Geräts auswirkenDie Kontrolle der Wachstumsbedingungen und die Optimierung der Pufferlagen sind entscheidend, um diese Auswirkungen zu minimieren und die Flachheit der Wafer zu gewährleisten.
Elektrische und Leistungsmerkmale
-
Hochspannung: Die Kombination von GaN-Bandbreite und hohem kritischem elektrischen Feld führt zu Geräten mit hohen Abbruchspannungen.so dass sie höhere Spannungen und Ströme effizienter und zuverlässiger bewältigen können.
-
Niedriger Widerstand: Geräte mit GaN-on-Si weisen im Vergleich zu Silizium-basierten Geräten typischerweise einen geringeren Widerstand auf.insbesondere bei Anwendungen zur Leistungsauslösung.
-
Effizienz und Leistungsdichte: Die GaN-on-Si-Technologie ermöglicht die Entwicklung von Geräten mit einer höheren Leistungsdichte und Effizienz.bei denen die Reduzierung der Größe und die Verbesserung der Leistung ständige Herausforderungen darstellen.
Kosten und Skalierbarkeit
Einer der Hauptvorteile der Verwendung eines 8-Zoll-Siliziumsubstrats für GaN-Epitaxie ist die Skalierbarkeit und Kostensenkung.Siliziumsubstrate sind weit verbreitet und im Vergleich zu anderen Substraten wie Saphir oder Siliziumkarbid (SiC) günstigerDie Möglichkeit, größere 8-Zoll-Wafer zu verwenden, bedeutet auch, dass pro Wafer mehr Geräte hergestellt werden können, was zu Skaleneffekten und geringeren Produktionskosten führt.
| Kategorie der Parameter | Parameter | Wert/Bereich | Anmerkungen |
| Materielle Eigenschaften | Bandgap von GaN | 3.4 eV | Halbleiter mit breiter Bandbreite, geeignet für Hochtemperatur-, Hochspannungs- und Hochfrequenzanwendungen |
| Bandgap von Si | 1.12 eV | Silizium als Substratmaterial bietet eine gute Wirtschaftlichkeit | |
| Wärmeleitfähigkeit | 130 bis 170 W/m·K | Wärmeleitfähigkeit der GaN-Schicht; Siliziumsubstrat beträgt ca. 149 W/m·K | |
| Elektronenmobilität | 1000 bis 2000 cm2/V·s | Elektronenmobilität in der GaN-Schicht höher als in Silizium | |
| Dielektrische Konstante | 9.5 (GaN), 11.9 (Si) | Dielektrische Konstanten von GaN und Si | |
| Koeffizient der thermischen Ausdehnung | 50,6 ppm/°C (GaN), 2,6 ppm/°C (Si) | Abweichungen in den Wärmeausdehnungskoeffizienten von GaN und Si, die möglicherweise zu Belastungen führen | |
| Gitterkonstante | 3.189 Å (GaN), 5.431 Å (Si) | Gitterkonstante Mismatch zwischen GaN und Si, die möglicherweise zu Verrutschungen führt | |
| Ausrutschdichte | 108 bis 109 cm2 | Typische Verlagerungsdichte in der GaN-Schicht, abhängig vom epitaxialen Wachstumsprozess | |
| Mechanische Härte | 9 Mohs | Mechanische Härte von GaN, die Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit gewährleistet | |
| Spezifikationen für Wafer | Waferdurchmesser | Zwei Zoll, vier Zoll, sechs Zoll, acht Zoll | Allgemeine Größen für GaN auf Si-Wafer |
| GaN-Schichtdicke | 1 bis 10 μm | Je nach spezifischen Anwendungsbedarf | |
| Substratdicke | 500 bis 725 μm | Typische Dicke des Siliziumsubstrats für die mechanische Festigkeit | |
| Oberflächenrauheit | < 1 nm RMS | Oberflächenrauheit nach dem Polieren, um ein hochwertiges epitaxielles Wachstum zu gewährleisten | |
| Stufenhöhe | < 2 nm | Stufenhöhe in der GaN-Schicht, die sich auf die Leistung des Geräts auswirkt | |
| Waferbogen | < 50 μm | Waferbogen, Einfluss auf die Prozesskompatibilität | |
| Elektrische Eigenschaften | Elektronenkonzentration | 1016 bis 1019 cm−3 | Dopingkonzentration des n- oder p-Typs in der GaN-Schicht |
| Widerstand | 10−3-10−2 Ω·cm | Typischer Widerstand der GaN-Schicht | |
| Auflösung des elektrischen Feldes | 3 MV/cm | Hohe Abbruchfeldstärke in der GaN-Schicht, geeignet für Hochspannungsgeräte | |
| Optische Eigenschaften | Emissionswellenlänge | 365 bis 405 nm (UV/blau) | Emissionswellenlänge von GaN-Material, das in LEDs und Lasern verwendet wird |
| Absorptionskoeffizient | ~ 104 cm-1 | Absorptionskoeffizient von GaN im Bereich des sichtbaren Lichts | |
| Thermische Eigenschaften | Wärmeleitfähigkeit | 130 bis 170 W/m·K | Wärmeleitfähigkeit der GaN-Schicht; Siliziumsubstrat beträgt ca. 149 W/m·K |
| Koeffizient der thermischen Ausdehnung | 50,6 ppm/°C (GaN), 2,6 ppm/°C (Si) | Abweichungen in den Wärmeausdehnungskoeffizienten von GaN und Si, die möglicherweise zu Belastungen führen | |
| Chemische Eigenschaften | Chemische Stabilität | Hoch | GaN hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für raue Umgebungen |
| Oberflächenbehandlung | Staubfrei, kontaminierungsfrei | Reinheitsanforderung für die Oberfläche der GaN-Wafer | |
| Mechanische Eigenschaften | Mechanische Härte | 9 Mohs | Mechanische Härte von GaN, die Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit gewährleistet |
| Young's Modulus | 350 GPa (GaN), 130 GPa (Si) | Young-Modul von GaN und Si, der die mechanischen Eigenschaften des Geräts beeinflusst | |
| Produktionsparameter | Epitaxiale Wachstumsmethode | MOCVD, HVPE, MBE | Gemeinsame epitaxiale Wachstumsmethoden für GaN-Schichten |
| Ertragsquote | Abhängig von der Prozesssteuerung und der Wafergröße | Die Ausbeute wird durch Faktoren wie die Verlagerungsdichte und den Waferbogen beeinflusst | |
| Wachstumstemperatur | 1000 bis 1200°C | Typische Temperatur für das epitaxiale Wachstum der GaN-Schicht | |
| Abkühlrate | Kontrollierte Kühlung | Die Kühlgeschwindigkeit wird in der Regel kontrolliert, um thermische Belastungen und Waferbogen zu vermeiden |
Anwendungen von 8 Zoll GaN-on-Si Epitaxy
Die 8-Zoll-GaN-on-Si (Galliumnitrid auf Silizium) -Epitaxie ist eine transformative Technologie, die bedeutende Fortschritte in verschiedenen Hochleistungsanwendungen ermöglicht hat.Die Integration von GaN in Siliziumsubstrate kombiniert die überlegenen Eigenschaften von GaN mit der Kosteneffizienz und Skalierbarkeit von SiliziumHier sind die wichtigsten Anwendungen der 8-Zoll-GaN-on-Si-Epitaxie:
1.Elektroelektronik
-
Krafttransistoren: GaN-on-Si wird zunehmend in Leistungstransistoren wie High Electron Mobility Transistoren (HEMT) und Metalloxid-Halbleiterfeldwirkungstransistoren (MOSFETs) verwendet.Diese Transistoren profitieren von der hohen Elektronenmobilität von GaN, hohe Abbruchspannung und geringer Widerstand, was sie ideal für eine effiziente Energieumwandlung in Anwendungen wie Rechenzentren, Elektrofahrzeugen (EVs) und erneuerbaren Energiesystemen macht.
-
Leistungsumwandler: Die überlegene Leistung von GaN-on-Si bei Hochfrequenzschaltungen ermöglicht die Entwicklung kompakter und effizienter Leistungswandler.Diese Wandler sind für Anwendungen von AC/DC-Adaptern und Ladegeräten bis hin zu industriellen Stromversorgungen und Photovoltaik-Wechselrichter unerlässlich..
-
Inverter für erneuerbare Energien: GaN-on-Si-Wechselrichter werden in Solarsystemen und Windkraftanlagen eingesetzt.Ihre Fähigkeit, bei höheren Frequenzen und Spannungen zu arbeiten und gleichzeitig Energieverluste zu minimieren, führt zu einer effizienteren und zuverlässigeren Erzeugung erneuerbarer Energien.
2.Funkfrequenz (RF) -Anwendungen
-
Funkstromverstärker: GaN-on-Si wird aufgrund seiner Fähigkeit, bei hohen Frequenzen mit hoher Effizienz zu arbeiten, in HF-Leistungsverstärkern weit verbreitet.einschließlich 5G-Basisstationen, Satellitenkommunikation und Radarsysteme.
-
Geräuscharme Verstärker (LNA): In HF-Anwendungen werden GaN-on-Si-basierte LNAs verwendet, um schwache Signale zu verstärken, ohne erheblichen Lärm zu verursachen, wodurch die Empfindlichkeit und Leistung von Kommunikationssystemen verbessert werden.
-
Radar- und Verteidigungssysteme: Die hohe Leistungsdichte und Effizienz von GaN-on-Si machen es für Radar- und Verteidigungsanwendungen geeignet, bei denen eine hohe Leistungsfähigkeit und ein zuverlässiger Betrieb von entscheidender Bedeutung sind.
3.Optoelektronik
-
Lichtdioden (LED): Die GaN-on-Si-Technologie wird bei der Herstellung von LEDs, insbesondere für allgemeine Beleuchtungs- und Anzeigetechnologien, eingesetzt.Die Skalierbarkeit von 8-Zoll-Wafern ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von LEDs mit hoher Helligkeit, die in verschiedenen Verbraucher- und Industrieanwendungen verwendet werden.
-
Laserdioden: GaN-on-Si wird auch bei der Entwicklung von Laserdioden eingesetzt, die in optischen Speichern, Kommunikation und medizinischen Geräten verwendet werden.Die Kombination aus der hohen Effizienz von GaN und der Skalierbarkeit von Silizium macht diese Geräte zugänglicher und erschwinglicher.
4.Elektrofahrzeuge (EV) und Automobilindustrie
-
An Bord befindliche Ladegeräte und Inverter: GaN-on-Si-Geräte sind Bestandteil der in Elektrofahrzeugen verwendeten Bordladegeräte und -umrichter.Beitrag zu längeren Reichweiten und schnelleren Ladezeiten.
-
Weiterentwickelte Fahrerassistenzsysteme (ADAS): Der Hochfrequenzbetrieb und die Effizienz von GaN-on-Si sind in ADAS von Vorteil, da sie auf Radar- und LiDAR-Technologien angewiesen sind, um Echtzeitdaten für ein sichereres Fahren bereitzustellen.
5.Rechenzentren und Server
-
Stromversorgungseinheiten (PSU): Die Ga-N-on-Si-Technologie wird in PSUs für Rechenzentren und Server eingesetzt und bietet im Vergleich zu traditionellen Silizium-basierten Stromversorgungen eine höhere Effizienz und eine geringere Wärmeerzeugung.Dies führt zu geringeren Kühlkosten und einer verbesserten Energieeffizienz insgesamt.
-
Hocheffizientes Strommanagement: Die kompakte Größe und Effizienz von GaN-on-Si-Geräten machen sie ideal für fortschrittliche Strommanagementsysteme in Rechenzentren, in denen Energieeffizienz und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind.
6.Verbraucherelektronik
-
Schnelle Ladegeräte: GaN-on-Si wird zunehmend in schnellen Ladegeräten für Smartphones, Laptops und andere tragbare Geräte eingesetzt.Verkürzung der Ladezeiten.
-
Stromadapter: Die kompakte Größe und hohe Effizienz der auf GaN-on-Si basierenden Netzteile machen sie zu einer bevorzugten Wahl für Unterhaltungselektronik, was zu tragbaren und energieeffizienteren Ladelösungen führt.
7.Telekommunikation
-
Basisstationen: GaN-on-Si ist für die Leistungsverstärker in 5G-Basisstationen von entscheidender Bedeutung.die Einführung schnellerer und zuverlässigerer Kommunikationsnetze ermöglichen.
-
Satellitenkommunikation: Die hohen Leistungs- und Frequenzfähigkeiten von GaN-on-Si-Geräten sind auch in Satellitenkommunikationssystemen von Vorteil, da sie die Signalstärke und die Datenübertragungsraten verbessern.
Schlussfolgerung
Die Anwendungen von 8-Zoll-GaN-on-Si-Epitaxy erstrecken sich über eine Vielzahl von Branchen, von der Leistungselektronik und Telekommunikation bis hin zur Optoelektronik und Automobilsystemen.Seine Fähigkeit, hohe Leistungsfähigkeit mit kostengünstiger Fertigung zu kombinieren, macht ihn zu einem wichtigen Faktor für die Entwicklung von Technologien der nächsten Generation., die Innovation in verschiedenen Sektoren mit hoher Nachfrage vorantreiben.
8 Zoll GaN-on-Si Epitaxy Foto
Fragen und Antworten
F: Welche Vorteile hat Galliumnitrid gegenüber Silizium?
A:Galliumnitrid (GaN) bietet aufgrund seiner breiten Bandlücke, höherer Elektronenmobilität und besserer Wärmeleitfähigkeit erhebliche Vorteile gegenüber Silizium (Si).Diese Eigenschaften ermöglichen es GaN-Geräten, bei höheren Spannungen zu arbeiten, Temperaturen und Frequenzen mit höherer Effizienz und schnelleren Schaltgeschwindigkeiten.so dass es ideal für Leistungselektronik ist, HF-Anwendungen und Hochfrequenzoperationen, bei denen Kompaktheit, Effizienz und thermisches Management entscheidend sind.