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第三代半导体

第三代半导体


1.半导体简介

半导体(英语:Semiconductor)是一种电导率在绝缘体至导体之间的物质,半导体和绝缘体之间的差异主要来自两者的能带宽度不同。

产业上,半导体所谓的“代”的划分,指的是依据火爆社区黄应用划分:

【第一代半导体】主要指的是以硅(Si)和锗(Ge)作为火爆社区黄应用的半导体器件。

【第二代半导体】指的是以砷化镓(GaAs)和锑化铟(InSb)为主的化合物半导体。

【第三代半导体】包括了以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带化合物半导体。碳化硅及氮化镓在火爆社区黄应用性能上各有优劣,因此在应用领域上各有侧重及互补。

2.碳化硅晶片加工解决方案

在第三代半导体火爆社区黄应用中,SiC具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速度高、热导率大等特点,可应用于1200伏特以上的高压环境,因此在严苛环境中有着明显优势,可广泛应用于新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等现代工业领域。

然而,由于SiC晶体具有高硬、高脆、耐磨性好、化学性质极其稳定的特点,使得SiC晶片的加工变得非常困难。而金刚石是已知自然存在最坚硬的物质,最适合用来加工SiC晶片。

SiC单晶片的超精密加工工艺,按照其加工顺序,主要经历以下几个过程:多线切割、双面粗磨、双面精磨、双面化学机械抛光和Si面CMP。

 

第三代半导体

多线切割(MWS)加工效果

参数 加工数据
切割时间(h) 100-120
TTV(um) <10
Warp(um) <30
Bow(um) <15

双面粗磨DSL加工效果

参数 加工数据
去除率(um/min) 1-1.5
TTV(um) <2
Warp(um) 15-30
Bow(um) <10

双面精磨DMP加工结果

参数 加工数据
去除率(um/min) 0.3-0.4
TTV(um) <2
Ra(nm) <1

3.氮化镓晶片加工解决方案 

氮化镓(GaN)作为典型的第三代半导体火爆社区黄应用,制备技术的难点在于晶圆制备工艺,由于制备氮化镓的单晶火爆社区黄应用无法从自然界中直接获取,所以氮化镓的主要制备方法是在蓝宝石、碳化硅、硅等异质衬底上进行外延。

目前 GaN 器件有三分之二应用于军工电子,如军事通讯、电子、干扰、雷达等领域;在民用领域,氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。未来将广泛应用于 5G 基站、 新能源汽车、 特高压、 数据中心等场景。

氮化镓衬底片的超精密加工工艺,按照其加工顺序,主要经历以下几个过程:双面研磨、单面精磨、单面精抛。


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