SOLUTION

解決方案

第三代半導(dǎo)體

第三代半導(dǎo)體


1.半導(dǎo)體簡介

半導(dǎo)體(英語:Semiconductor)是一種電導(dǎo)率在絕緣體至導(dǎo)體之間的物質(zhì),半導(dǎo)體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶寬度不同。

產(chǎn)業(yè)上,半導(dǎo)體所謂的“代”的劃分,指的是依據(jù)材料劃分:

【第一代半導(dǎo)體】主要指的是以硅(Si)和鍺(Ge)作為材料的半導(dǎo)體器件。

【第二代半導(dǎo)體】指的是以砷化鎵(GaAs)和銻化銦(InSb)為主的化合物半導(dǎo)體。

【第三代半導(dǎo)體】包括了以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶化合物半導(dǎo)體。碳化硅及氮化鎵在材料性能上各有優(yōu)劣,因此在應(yīng)用領(lǐng)域上各有側(cè)重及互補。

2.碳化硅晶片加工解決方案

在第三代半導(dǎo)體材料中,SiC具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子漂移速度高、熱導(dǎo)率大等特點,可應(yīng)用于1200伏特以上的高壓環(huán)境,因此在嚴(yán)苛環(huán)境中有著明顯優(yōu)勢,可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、5G通訊、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。

然而,由于SiC晶體具有高硬、高脆、耐磨性好、化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定的特點,使得SiC晶片的加工變得非常困難。而金剛石是已知自然存在最堅硬的物質(zhì),最適合用來加工SiC晶片。

SiC單晶片的超精密加工工藝,按照其加工順序,主要經(jīng)歷以下幾個過程:多線切割、雙面粗磨、雙面精磨、雙面化學(xué)機械拋光和Si面CMP。

 

第三代半導(dǎo)體

多線切割(MWS)加工效果

參數(shù) 加工數(shù)據(jù)
切割時間(h) 100-120
TTV(um) <10
Warp(um) <30
Bow(um) <15

雙面粗磨DSL加工效果

參數(shù) 加工數(shù)據(jù)
去除率(um/min) 1-1.5
TTV(um) <2
Warp(um) 15-30
Bow(um) <10

雙面精磨DMP加工結(jié)果

參數(shù) 加工數(shù)據(jù)
去除率(um/min) 0.3-0.4
TTV(um) <2
Ra(nm) <1

3.氮化鎵晶片加工解決方案 

氮化鎵(GaN)作為典型的第三代半導(dǎo)體材料,制備技術(shù)的難點在于晶圓制備工藝,由于制備氮化鎵的單晶材料無法從自然界中直接獲取,所以氮化鎵的主要制備方法是在藍(lán)寶石、碳化硅、硅等異質(zhì)襯底上進(jìn)行外延。

目前 GaN 器件有三分之二應(yīng)用于軍工電子,如軍事通訊、電子、干擾、雷達(dá)等領(lǐng)域;在民用領(lǐng)域,氮化鎵主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域。未來將廣泛應(yīng)用于 5G 基站、 新能源汽車、 特高壓、 數(shù)據(jù)中心等場景。

氮化鎵襯底片的超精密加工工藝,按照其加工順序,主要經(jīng)歷以下幾個過程:雙面研磨、單面精磨、單面精拋。


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