ຊັ້ນວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນຕໍ່ໄປ: ແຊຟໄຟ, ຊິລິກອນ, ແລະ ຊິລິກອນຄາໄບ

ໃນອຸດສາຫະກຳເຄິ່ງຕົວນຳ, ຊັ້ນຮອງພື້ນແມ່ນວັດສະດຸພື້ນຖານທີ່ປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນຂຶ້ນກັບ. ຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບ, ຄວາມຮ້ອນ, ແລະ ໄຟຟ້າຂອງພວກມັນມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ປະສິດທິພາບ, ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖື, ແລະ ຂອບເຂດການນຳໃຊ້. ໃນບັນດາທາງເລືອກທັງໝົດ, ແຊຟໄຟ (Al₂O₃), ຊິລິກອນ (Si), ແລະ ຊິລິກອນຄາໄບ (SiC) ໄດ້ກາຍເປັນຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດ, ແຕ່ລະອັນມີຄວາມໂດດເດັ່ນໃນຂົງເຂດເຕັກໂນໂລຢີທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ບົດຄວາມນີ້ສຳຫຼວດຄຸນລັກສະນະຂອງວັດສະດຸ, ພູມສັນຖານການນຳໃຊ້, ແລະ ແນວໂນ້ມການພັດທະນາໃນອະນາຄົດ.

Sapphire: ເຄື່ອງມືເຮັດວຽກທາງສາຍຕາ

ໄພລິນເປັນຮູບແບບຜລຶກອະລູມິນຽມອອກໄຊດ໌ຜລຶກດຽວທີ່ມີຕາຂ່າຍຫົກຫຼ່ຽມ. ຄຸນສົມບັດຫຼັກຂອງມັນປະກອບມີຄວາມແຂງທີ່ໂດດເດັ່ນ (ຄວາມແຂງຂອງ Mohs 9), ຄວາມໂປ່ງໃສທາງແສງທີ່ກວ້າງຂວາງຕັ້ງແຕ່ ultraviolet ຫາ infrared, ແລະ ຄວາມຕ້ານທານທາງເຄມີທີ່ແຂງແຮງ, ເຮັດໃຫ້ມັນເໝາະສົມສຳລັບອຸປະກອນ optoelectronic ແລະ ສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ. ເຕັກນິກການເຕີບໂຕທີ່ກ້າວໜ້າເຊັ່ນ: ວິທີການແລກປ່ຽນຄວາມຮ້ອນ ແລະ ວິທີການ Kyropoulos, ລວມກັບການຂັດເຄມີ-ກົນຈັກ (CMP), ຜະລິດແຜ່ນເວເຟີທີ່ມີຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວຕ່ຳກວ່າ nanometer.

ຊັ້ນໃຕ້ດິນ Sapphire ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນ LEDs ແລະ Micro-LEDs ເປັນຊັ້ນ epitaxial GaN, ບ່ອນທີ່ຊັ້ນໃຕ້ດິນ sapphire ທີ່ມີລວດລາຍ (PSS) ຊ່ວຍປັບປຸງປະສິດທິພາບການສະກັດແສງ. ພວກມັນຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນອຸປະກອນ RF ຄວາມຖີ່ສູງເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດການສນວນໄຟຟ້າຂອງມັນ, ແລະໃນການນໍາໃຊ້ເອເລັກໂຕຣນິກຜູ້ບໍລິໂພກແລະການບິນອະວະກາດເປັນປ່ອງຢ້ຽມປ້ອງກັນແລະຝາປິດເຊັນເຊີ. ຂໍ້ຈໍາກັດລວມມີຄວາມນໍາຄວາມຮ້ອນທີ່ຕໍ່າ (35–42 W/m·K) ແລະຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງ lattice ກັບ GaN, ເຊິ່ງຕ້ອງການຊັ້ນ buffer ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຂໍ້ບົກພ່ອງ.

ຊິລິໂຄນ: ມູນນິທິໄມໂຄຣເອເລັກໂຕຣນິກ

ຊິລິໂຄນຍັງຄົງເປັນກະດູກສັນຫຼັງຂອງເອເລັກໂຕຣນິກແບບດັ້ງເດີມຍ້ອນລະບົບນິເວດອຸດສາຫະກໍາທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່, ຄວາມນໍາໄຟຟ້າທີ່ສາມາດປັບໄດ້ຜ່ານການເສີມ, ແລະຄຸນສົມບັດທາງຄວາມຮ້ອນປານກາງ (ຄວາມນໍາຄວາມຮ້ອນ ~150 W/m·K, ຈຸດລະລາຍ 1410°C). ຫຼາຍກວ່າ 90% ຂອງວົງຈອນລວມ, ລວມທັງ CPU, ໜ່ວຍຄວາມຈໍາ, ແລະອຸປະກອນທາງເຫດຜົນ, ແມ່ນຜະລິດຢູ່ໃນແຜ່ນຊິລິໂຄນ. ຊິລິໂຄນຍັງຄອບງໍາຈຸລັງແສງອາທິດ ແລະຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອຸປະກອນພະລັງງານຕ່ໍາຫາປານກາງເຊັ່ນ: IGBTs ແລະ MOSFETs.

ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຊິລິໂຄນປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍໃນການນຳໃຊ້ແຮງດັນສູງ ແລະ ຄວາມຖີ່ສູງ ເນື່ອງຈາກຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດແຄບ (1.12 eV) ແລະ ຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດທາງອ້ອມ, ເຊິ່ງຈຳກັດປະສິດທິພາບການປ່ອຍແສງ.

ຊິລິກອນຄາໄບ: ຜູ້ປະດິດສ້າງພະລັງງານສູງ

SiC ເປັນວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສາມທີ່ມີແຖບຄວາມຖີ່ກ້ວາງ (3.2 eV), ແຮງດັນໄຟຟ້າແຕກຫັກສູງ (3 MV/cm), ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ (~490 W/m·K), ແລະ ຄວາມໄວອີ່ມຕົວຂອງເອເລັກຕຣອນໄວ (~2×10⁷ cm/s). ລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ມັນເໝາະສົມສຳລັບອຸປະກອນແຮງດັນສູງ, ພະລັງງານສູງ, ແລະ ຄວາມຖີ່ສູງ. ຊັ້ນຮອງ SiC ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນປູກຜ່ານການຂົນສົ່ງໄອທາງກາຍະພາບ (PVT) ທີ່ອຸນຫະພູມເກີນ 2000°C, ມີຄວາມຕ້ອງການການປະມວນຜົນທີ່ສັບສົນ ແລະ ຊັດເຈນ.

ການນຳໃຊ້ລວມມີພາຫະນະໄຟຟ້າ, ບ່ອນທີ່ SiC MOSFETs ປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງອິນເວີເຕີໄດ້ 5–10%, ລະບົບການສື່ສານ 5G ໂດຍໃຊ້ SiC ເຄິ່ງສນວນສຳລັບອຸປະກອນ RF GaN, ແລະ ຕາຂ່າຍໄຟຟ້າອັດສະລິຍະທີ່ມີການສົ່ງກະແສໄຟຟ້າໂດຍກົງແຮງດັນສູງ (HVDC) ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍພະລັງງານໄດ້ເຖິງ 30%. ຂໍ້ຈຳກັດແມ່ນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ (ແຜ່ນເວເຟີ 6 ນິ້ວມີລາຄາແພງກວ່າຊິລິກອນ 20–30 ເທົ່າ) ແລະ ສິ່ງທ້າທາຍໃນການປະມວນຜົນຍ້ອນຄວາມແຂງທີ່ສຸດ.

ບົດບາດເສີມ ແລະ ທັດສະນະໃນອະນາຄົດ

ແຊຟໄຟ, ຊິລິກອນ, ແລະ SiC ປະກອບເປັນລະບົບນິເວດພື້ນຖານທີ່ສົມບູນກັນໃນອຸດສາຫະກໍາເຄິ່ງຕົວນໍາ. ແຊຟໄຟຄອບງໍາອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ, ຊິລິກອນຮອງຮັບໄມໂຄຣເອເລັກໂຕຣນິກແບບດັ້ງເດີມ ແລະ ອຸປະກອນພະລັງງານຕ່ໍາຫາກາງ, ແລະ SiC ນໍາພາເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານແຮງດັນສູງ, ຄວາມຖີ່ສູງ, ແລະ ປະສິດທິພາບສູງ.

ການພັດທະນາໃນອະນາຄົດລວມມີການຂະຫຍາຍການນຳໃຊ້ sapphire ໃນ LEDs ທີ່ມີ UV ເລິກ ແລະ micro-LEDs, ເຮັດໃຫ້ heteroepitaxy GaN ທີ່ອີງໃສ່ Si ສາມາດເພີ່ມປະສິດທິພາບຄວາມຖີ່ສູງ, ແລະ ຂະຫຍາຍການຜະລິດ wafer SiC ເປັນ 8 ນິ້ວດ້ວຍຜົນຜະລິດທີ່ດີຂຶ້ນ ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານຕົ້ນທຶນ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຮ່ວມກັນກຳລັງຂັບເຄື່ອນນະວັດຕະກຳໃນທົ່ວ 5G, AI, ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງເປັນຮູບຮ່າງຂອງເຕັກໂນໂລຊີ semiconductor ລຸ້ນຕໍ່ໄປ.