ວັດຖຸດິບຫຼັກສຳລັບການຜະລິດເຄິ່ງຕົວນຳ: ປະເພດຂອງຊັ້ນວາງແຜ່ນເວເຟີ

ຊັ້ນວາງແຜ່ນເວເຟີເປັນວັດສະດຸສຳຄັນໃນອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ

ຊັ້ນຮອງພື້ນເວເຟີແມ່ນຕົວນຳທາງກາຍະພາບຂອງອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ, ແລະຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸຂອງມັນກຳນົດປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ, ລາຄາ, ແລະຂົງເຂດການນຳໃຊ້ໂດຍກົງ. ຂ້າງລຸ່ມນີ້ແມ່ນປະເພດຫຼັກຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນເວເຟີພ້ອມກັບຂໍ້ດີ ແລະ ຂໍ້ເສຍຂອງມັນ:

1.ຊິລິໂຄນ (Si)

• ສ່ວນແບ່ງຕະຫຼາດ:ກວມເອົາຫຼາຍກວ່າ 95% ຂອງຕະຫຼາດເຄິ່ງຕົວນຳທົ່ວໂລກ.

• ຂໍ້ດີ:

  • ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕໍ່າ:ວັດຖຸດິບທີ່ອຸດົມສົມບູນ (ຊິລິໂຄນໄດອອກໄຊດ໌), ຂະບວນການຜະລິດທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່, ແລະ ເສດຖະກິດຂະໜາດທີ່ເຂັ້ມແຂງ.

  • ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງຂະບວນການສູງ:ເທັກໂນໂລຢີ CMOS ແມ່ນມີຄວາມກ້າວໜ້າສູງ, ຮອງຮັບໂຫນດທີ່ກ້າວໜ້າ (ເຊັ່ນ 3nm).

  • ຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກດີເລີດ:ແຜ່ນເວເຟີທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂະໜາດໃຫຍ່ (ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ 12 ນິ້ວ, 18 ນິ້ວກຳລັງພັດທະນາ) ທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງຕ່ຳສາມາດປູກໄດ້.

  • ຄຸນສົມບັດທາງກົນຈັກທີ່ໝັ້ນຄົງ:ຕັດ, ຂັດເງົາ, ແລະ ຈັບໄດ້ງ່າຍ.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ຊ່ອງຫວ່າງແບນດ໌ແຄບ (1.12 eV):ກະແສໄຟຟ້າຮົ່ວໄຫຼສູງໃນອຸນຫະພູມສູງ, ເຊິ່ງຈຳກັດປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນພະລັງງານ.

  • ຊ່ອງຫວ່າງແບນທາງອ້ອມ:ປະສິດທິພາບການປ່ອຍແສງຕໍ່າຫຼາຍ, ບໍ່ເໝາະສົມສຳລັບອຸປະກອນອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກ ເຊັ່ນ: ໄຟ LED ແລະ ເລເຊີ.

  • ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ຈຳກັດ:ປະສິດທິພາບຄວາມຖີ່ສູງຕໍ່າກວ່າເມື່ອທຽບກັບເຄິ່ງຕົວນຳແບບປະສົມ.
    

2.ແກລຽມ ອາເຊໄນ (GaAs)

• ແອັບພລິເຄຊັນ:ອຸປະກອນ RF ຄວາມຖີ່ສູງ (5G/6G), ອຸປະກອນອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກ (ເລເຊີ, ແບັດເຕີຣີແສງອາທິດ).

• ຂໍ້ດີ:

  • ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງ (5–6 ເທົ່າຂອງຊິລິກອນ):ເໝາະສຳລັບການນຳໃຊ້ຄວາມໄວສູງ ແລະ ຄວາມຖີ່ສູງ ເຊັ່ນ: ການສື່ສານຄື້ນມິນລິແມັດ.

  • ຊ່ອງຫວ່າງແບນດ໌ໂດຍກົງ (1.42 eV):ການປ່ຽນແປງແສງໄຟຟ້າທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ, ພື້ນຖານຂອງເລເຊີອິນຟາເຣດ ແລະ ໄຟ LED.

  • ຄວາມຕ້ານທານອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ລັງສີ:ເໝາະສຳລັບການບິນອະວະກາດ ແລະ ສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ:ວັດສະດຸຫາຍາກ, ການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກຍາກ (ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະແຕກ), ຂະໜາດແຜ່ນແພຈຳກັດ (ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ 6 ນິ້ວ).

  • ກົນໄກການແຕກຫັກ:ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະແຕກຫັກ, ເຮັດໃຫ້ຜົນຜະລິດການປຸງແຕ່ງຕໍ່າ.

  • ຄວາມເປັນພິດ:ທາດອາຊີນິກຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຈັດການ ແລະ ການຄວບຄຸມສິ່ງແວດລ້ອມຢ່າງເຂັ້ມງວດ.

3. ຊິລິກອນຄາໄບ (SiC)

• ແອັບພລິເຄຊັນ:ອຸປະກອນພະລັງງານອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ແຮງດັນສູງ (ອິນເວີເຕີໄຟຟ້າ EV, ສະຖານີສາກໄຟ), ການບິນອະວະກາດ.

• ຂໍ້ດີ:

  • ຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດກວ້າງ (3.26 eV):ຄວາມແຂງແຮງໃນການແຕກຫັກສູງ (10 ເທົ່າຂອງຊິລິໂຄນ), ຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງ (ອຸນຫະພູມປະຕິບັດການ >200 °C).

  • ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ (≈3× ຊິລິກອນ):ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ, ເຮັດໃຫ້ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານຂອງລະບົບສູງຂຶ້ນ.

  • ການສູນເສຍການສະຫຼັບຕໍ່າ:ປັບປຸງປະສິດທິພາບການປ່ຽນພະລັງງານ.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ການກະກຽມຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ທ້າທາຍ:ການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກຊ້າ (>1 ອາທິດ), ການຄວບຄຸມຂໍ້ບົກຜ່ອງຍາກ (ທໍ່ນ້ອຍໆ, ການເຄື່ອນທີ່), ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງຫຼາຍ (ຊິລິກອນ 5–10 ເທົ່າ).

  • ຂະໜາດແຜ່ນເວເຟີນ້ອຍ:ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ 4–6 ນິ້ວ; 8 ນິ້ວຍັງຢູ່ໃນໄລຍະພັດທະນາ.

  • ຍາກທີ່ຈະປະມວນຜົນ:ແຂງຫຼາຍ (Mohs 9.5), ເຮັດໃຫ້ການຕັດ ແລະ ການຂັດເງົາໃຊ້ເວລາດົນ.

4. ແກລຽມໄນໄຕຣດ (GaN)

• ແອັບພລິເຄຊັນ:ອຸປະກອນພະລັງງານຄວາມຖີ່ສູງ (ການສາກໄຟໄວ, ສະຖານີຖານ 5G), ໄຟ LED/ເລເຊີສີຟ້າ.

• ຂໍ້ດີ:

  • ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງຫຼາຍ + ແຖບແບນວິດກວ້າງ (3.4 eV):ສົມທົບປະສິດທິພາບຄວາມຖີ່ສູງ (>100 GHz) ແລະ ແຮງດັນສູງ.

  • ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ອິນຕ່ຳ:ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍພະລັງງານຂອງອຸປະກອນ.

  • ເຂົ້າກັນໄດ້ກັບ Heteroepitaxy:ມັກປູກຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນຊິລິໂຄນ, ແຊບໄພ, ຫຼື SiC, ເຊິ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຕົ້ນທຶນ.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກດຽວເປັນກຸ່ມມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກ:ການມີ Heteroepitaxy ເປັນເລື່ອງຫຼັກ, ແຕ່ການບໍ່ກົງກັນຂອງ lattice ເຮັດໃຫ້ເກີດຂໍ້ບົກຜ່ອງ.

  • ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ:ຊັ້ນຮອງພື້ນ GaN ພື້ນເມືອງມີລາຄາແພງຫຼາຍ (ແຜ່ນ wafer ຂະໜາດ 2 ນິ້ວສາມາດມີລາຄາຫຼາຍພັນໂດລາສະຫະລັດ).

  • ສິ່ງທ້າທາຍດ້ານຄວາມໜ້າເຊື່ອຖື:ປະກົດການຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການລົ້ມສະຫຼາຍໃນປະຈຸບັນຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການເພີ່ມປະສິດທິພາບ.

5. ອິນດຽມຟອສຟໍໄຊດ໌ (InP)

• ແອັບພລິເຄຊັນ:ການສື່ສານທາງແສງຄວາມໄວສູງ (ເລເຊີ, ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ), ອຸປະກອນເຕຣາເຮີດ.

• ຂໍ້ດີ:

  • ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນສູງຫຼາຍ:ຮອງຮັບການເຮັດວຽກ >100 GHz, ມີປະສິດທິພາບດີກ່ວາ GaAs.

  • bandgap ໂດຍກົງກັບການຈັບຄູ່ຄວາມຍາວຄື້ນ:ວັດສະດຸຫຼັກສຳລັບການສື່ສານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ 1.3–1.55 μm.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ແຕກຫັກງ່າຍ ແລະ ມີລາຄາແພງຫຼາຍ:ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນເກີນ 100 ເທົ່າຂອງຊິລິກອນ, ຂະໜາດແຜ່ນເວເຟີຈຳກັດ (4–6 ນິ້ວ).

6. ໄພລິນ (Al₂O₃)

• ແອັບພລິເຄຊັນ:ໄຟ LED (ຊັ້ນຮອງພື້ນ epitaxial GaN), ແກ້ວປົກຫຸ້ມເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກ.

• ຂໍ້ດີ:

  • ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕໍ່າ:ລາຄາຖືກກວ່າວັດສະດຸ SiC/GaN ຫຼາຍ.

  • ສະຖຽນລະພາບທາງເຄມີທີ່ດີເລີດ:ທົນທານຕໍ່ການກັດກ່ອນ, ມີຄວາມສນວນສູງ.

  • ຄວາມໂປ່ງໃສ:ເໝາະສົມກັບໂຄງສ້າງ LED ແນວຕັ້ງ.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງຕາຂ່າຍໄຟຟ້າຂະໜາດໃຫຍ່ກັບ GaN (>13%):ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງສູງ, ຕ້ອງການຊັ້ນບັຟເຟີ.

  • ການນຳຄວາມຮ້ອນບໍ່ດີ (~1/20 ຂອງຊິລິກອນ):ຈຳກັດປະສິດທິພາບຂອງໄຟ LED ພະລັງງານສູງ.

7. ຊັ້ນໃຕ້ດິນເຊລາມິກ (AlN, BeO, ແລະອື່ນໆ)

• ແອັບພລິເຄຊັນ:ເຄື່ອງກະຈາຍຄວາມຮ້ອນສຳລັບໂມດູນພະລັງງານສູງ.

• ຂໍ້ດີ:

  • ການສນວນກັນຄວາມຮ້ອນ + ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ (AlN: 170–230 W/m·K):ເໝາະສຳລັບການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງ.

• ຂໍ້ເສຍ:

  • ບໍ່ແມ່ນຜລຶກດຽວ:ບໍ່ສາມາດຮອງຮັບການເຕີບໂຕຂອງອຸປະກອນໄດ້ໂດຍກົງ, ໃຊ້ເປັນວັດສະດຸຫຸ້ມຫໍ່ເທົ່ານັ້ນ.

8. ຊັ້ນຮອງພິເສດ

• SOI (ຊິລິໂຄນເທິງฉนวน):

  • ໂຄງສ້າງ:ຊິລິໂຄນ/SiO₂/ແຊນວິດຊິລິໂຄນ.

  • ຂໍ້ດີ:ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຈຸຂອງປາສິດ, ການແຂງຕົວຂອງລັງສີ, ການສະກັດກັ້ນການຮົ່ວໄຫຼ (ໃຊ້ໃນ RF, MEMS).

  • ຂໍ້ເສຍ:ລາຄາແພງກວ່າຊິລິໂຄນຂະໜາດໃຫຍ່ 30–50%.

• ຄວອດສ໌ (SiO₂):ໃຊ້ໃນໂຟໂຕມາສ ແລະ MEMS; ທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງແຕ່ແຕກງ່າຍຫຼາຍ.

• ເພັດ:ຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການນຳຄວາມຮ້ອນສູງສຸດ (>2000 W/m·K), ພາຍໃຕ້ການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ພັດທະນາ ສຳລັບການລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ຮຸນແຮງ.

ຕາຕະລາງສະຫຼຸບປຽບທຽບ

ປັດໄຈຫຼັກສຳລັບການເລືອກຊັ້ນໃຕ້ດິນ

• ຂໍ້ກຳນົດດ້ານປະສິດທິພາບ:GaAs/InP ສຳລັບຄວາມຖີ່ສູງ; SiC ສຳລັບແຮງດັນສູງ, ອຸນຫະພູມສູງ; GaAs/InP/GaN ສຳລັບອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກ.

• ຂໍ້ຈຳກັດດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ:ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກມັກຊິລິໂຄນ; ສາຂາລະດັບສູງສາມາດໃຫ້ເຫດຜົນກ່ຽວກັບຄ່ານິຍົມຂອງ SiC/GaN.

• ຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງການເຊື່ອມໂຍງ:ຊິລິໂຄນຍັງຄົງບໍ່ສາມາດທົດແທນໄດ້ສຳລັບຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງ CMOS.

• ການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນ:ແອັບພລິເຄຊັນພະລັງງານສູງມັກ SiC ຫຼື GaN ທີ່ອີງໃສ່ເພັດ.

• ການຄົບກຳນົດຂອງລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງ:Si > Sapphire > GaAs > SiC > GaN > InP.

ແນວໂນ້ມໃນອະນາຄົດ

ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (ເຊັ່ນ: GaN-on-Si, GaN-on-SiC) ຈະດຸ່ນດ່ຽງປະສິດທິພາບ ແລະ ຕົ້ນທຶນ, ຂັບເຄື່ອນຄວາມກ້າວໜ້າໃນ 5G, ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ແລະ ການປະມວນຜົນແບບ quantum.