رقائق نيتريد الغاليوم الفوقي: مقدمة لعملية التصنيع

نيتريد الغاليوم (GaN)رقاقة الفوقيالنمو هو عملية معقدة، وغالبا ما تستخدم طريقة من خطوتين. تتضمن هذه الطريقة عدة مراحل حرجة، بما في ذلك الخبز بدرجة حرارة عالية، ونمو الطبقة العازلة، وإعادة البلورة، والتليين. من خلال التحكم الدقيق في درجة الحرارة خلال هذه المراحل، تمنع طريقة النمو المكونة من خطوتين بشكل فعال تشوه الرقاقة الناتج عن عدم تطابق الشبكة أو الإجهاد، مما يجعلها طريقة التصنيع السائدةرقائق GaN الفوقيعلى مستوى العالم.

1. الفهمرقائق الفوقي

انرقاقة الفوقييتكون من ركيزة أحادية البلورة يتم زراعة طبقة جديدة أحادية البلورة عليها. تلعب هذه الطبقة الفوقية دورًا حاسمًا في تحديد ما يقرب من 70% من أداء الجهاز النهائي، مما يجعلها مادة خام حيوية في تصنيع شرائح أشباه الموصلات.

تقع في المنبع في سلسلة صناعة أشباه الموصلات،رقائق الفوقيبمثابة عنصر أساسي يدعم صناعة تصنيع أشباه الموصلات بأكملها. يستخدم المصنعون تقنيات متقدمة مثل ترسيب البخار الكيميائي (CVD) ونسيج الشعاع الجزيئي (MBE) لترسيب الطبقة الفوقية على مادة الركيزة وتنميتها. تخضع هذه الرقاقات بعد ذلك لمزيد من المعالجة من خلال الطباعة الحجرية الضوئية، وترسيب الأغشية الرقيقة، والحفر لتصبح رقائق أشباه الموصلات. وفي وقت لاحق، هذهرقائقيتم تقطيعها إلى قوالب فردية، ثم يتم تعبئتها واختبارها لإنشاء الدوائر المتكاملة النهائية (ICs). طوال عملية إنتاج الرقاقة بأكملها، يعد التفاعل المستمر مع مرحلة تصميم الرقاقة أمرًا بالغ الأهمية لضمان تلبية المنتج النهائي لجميع المواصفات ومتطلبات الأداء.

2. تطبيقات الجاليومرقائق الفوقي

الخصائص الكامنة في GaN تجعلرقائق GaN الفوقيمناسب بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب طاقة عالية، وتردد عالٍ، وتشغيل متوسط ​​إلى منخفض الجهد. تشمل بعض مجالات التطبيق الرئيسية ما يلي:

جهد الانهيار العالي: تتيح فجوة النطاق الواسعة لـ GaN للأجهزة إمكانية تحمل الفولتية الأعلى مقارنة بنظيراتها التقليدية من السيليكون أو زرنيخيد الغاليوم. هذه الخاصية تجعل GaN مثاليًا لتطبيقات مثل محطات 5G الأساسية وأنظمة الرادار العسكرية.

كفاءة تحويل عالية: تظهر أجهزة تحويل الطاقة المستندة إلى GaN مقاومة أقل بكثير مقارنة بأجهزة السيليكون، مما يؤدي إلى تقليل خسائر التبديل وتحسين كفاءة الطاقة.

الموصلية الحرارية العالية: تتيح الموصلية الحرارية الممتازة لـ GaN تبديد الحرارة بكفاءة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الطاقة ودرجات الحرارة العالية.

قوة المجال الكهربائي العالية: في حين أن قوة المجال الكهربائي للانهيار في GaN قابلة للمقارنة مع كربيد السيليكون (SiC)، فإن عوامل مثل معالجة أشباه الموصلات وعدم تطابق الشبكة تحد عادة من قدرة معالجة الجهد لأجهزة GaN إلى حوالي 1000 فولت، مع جهد تشغيل آمن أقل من 650 فولت بشكل عام.

3. تصنيف الجاليومرقائق الفوقي

باعتبارها مادة شبه موصلة من الجيل الثالث، توفر GaN العديد من المزايا، بما في ذلك مقاومة درجات الحرارة العالية، والتوافق الممتاز، والتوصيل الحراري العالي، وفجوة نطاق واسعة. وقد أدى ذلك إلى اعتماده على نطاق واسع في مختلف الصناعات.رقائق GaN الفوقييمكن تصنيفها بناءً على مادة الركيزة الخاصة بها: GaN-on-GaN، وGaN-on-SiC، وGaN-on-Sapphire، وGaN-on-Silicon. ومن بين هؤلاء،رقائق GaN-on-Siliconهي الأكثر استخدامًا حاليًا نظرًا لانخفاض تكاليف الإنتاج وعمليات التصنيع الناضجة.**