Diamond - lintang mangsa semikonduktor

Kanthi perkembangan ilmu pengetahuan lan teknologi kanthi cepet lan panjaluk global sing akeh kanggo piranti semikonduktor kanthi kinerja dhuwur lan efisiensi dhuwur, bahan substrat semikonduktor, minangka tautan teknis utama ing rantai industri semikonduktor, dadi saya penting. Antarane wong-wong mau, berlian, minangka potensial generasi papat "semikonduktor pokok" materi, mboko sithik dadi hotspot riset lan favorit pasar anyar ing lapangan bahan semikonduktor substrat amarga sifat fisik lan kimia banget.

Sifat berlian

Intan minangka kristal atom khas lan kristal ikatan kovalen. Struktur kristal ditampilake ing Gambar 1 (a). Iku kasusun saka atom karbon tengah diikat karo telung atom karbon liyane ing wangun ikatan kovalen. Gambar 1(b) yaiku struktur sel unit, sing nggambarake periodisitas mikroskopis lan simetri struktur intan.

Gambar 1 Diamond (a) struktur kristal; (b) struktur sel unit

Diamond minangka bahan sing paling angel ing donya, kanthi sifat fisik lan kimia sing unik, lan sifat sing apik banget ing mekanika, listrik lan optik, kaya sing ditampilake ing Gambar 2: Diamond nduweni kekerasan ultra-dhuwur lan tahan nyandhang, cocok kanggo bahan pemotong lan indentor, lsp ., lan uga digunakake ing alat abrasive; (2) Intan nduweni konduktivitas termal paling dhuwur (2200W/(m·K)) ing antarane zat alami sing dikenal nganti saiki, yaiku 4 kali luwih gedhe tinimbang silikon karbida (SiC), 13 kali luwih gedhe tinimbang silikon (Si), 43 kali luwih gedhe tinimbang gallium arsenide (GaAs), lan 4 nganti 5 kaping luwih gedhe tinimbang tembaga lan salaka, lan digunakake ing piranti daya dhuwur. Nduwe sifat sing apik kayata koefisien ekspansi termal sing sithik (0.8 × 10-6-1.5 × 10).^-6K^-1) lan modulus elastis dhuwur. Iki minangka bahan kemasan elektronik sing apik banget kanthi prospek sing apik. 

Mobilitas bolongan yaiku 4500 cm2·V^-1· s^-1, lan mobilitas elektron yaiku 3800 cm2·V^-1· s^-1, sing ndadekake bisa ditrapake kanggo piranti ngoper kanthi kacepetan dhuwur; kekuatan lapangan risak punika 13MV / cm, kang bisa Applied kanggo piranti voltase dhuwur; tokoh Baliga merit minangka dhuwur minangka 24664, kang luwih dhuwur tinimbang bahan liyane (sing luwih gedhe Nilai, luwih potensial kanggo nggunakake piranti ngoper). 

Berlian polycrystalline uga nduweni efek dekoratif. Lapisan berlian ora mung duwe efek lampu kilat nanging uga duwe macem-macem warna. Iki digunakake ing pabrik jam tangan dhuwur, lapisan hiasan kanggo barang mewah, lan langsung minangka produk fashion. Kekuwatan lan kekerasan berlian kaping 6 lan kaping 10 tinimbang kaca Corning, mula uga digunakake ing tampilan ponsel lan lensa kamera.

Gambar 2 Sifat-sifat berlian lan bahan semikonduktor liyane

Preparation saka mirah

wutah Diamond utamané dipérang dadi cara HTHP (suhu dhuwur lan cara meksa dhuwur) lanMetode CVD (chemical vapor deposition method). Cara CVD wis dadi cara utama kanggo nyiapake substrat semikonduktor berlian amarga kaluwihan kayata resistensi tekanan dhuwur, frekuensi radio gedhe, biaya murah, lan tahan suhu dhuwur. Loro cara wutah fokus ing aplikasi beda, lan bakal nuduhake hubungan pelengkap kanggo dangu ing mangsa.

Cara suhu dhuwur lan tekanan dhuwur (HTHP) yaiku nggawe kolom inti grafit kanthi nyampur bubuk grafit, bubuk katalis logam lan aditif ing proporsi sing ditemtokake dening rumus bahan mentah, banjur granulasi, tekanan statis, pengurangan vakum, inspeksi, timbangan. lan pangolahan liyane. Kolom inti grafit banjur dirakit karo blok komposit, bagean tambahan lan media transmisi tekanan sing disegel liyane kanggo mbentuk blok sintetik sing bisa digunakake kanggo sintesis kristal tunggal berlian. Sawisé iku, diselehake ing penet ndhuwur enem-sisi kanggo dadi panas lan pressurization lan tetep pancet kanggo dangu. Sawise wutah kristal rampung, panas mandheg lan meksa dibebasake, lan medium transmisi tekanan sing disegel dibusak kanggo entuk kolom sintetik, sing banjur diresiki lan diurutake kanggo entuk kristal siji berlian.

Gambar 3. Diagram struktur pers ndhuwur enem sisi

Amarga nggunakake katalis logam, partikel berlian sing disiapake kanthi metode HTHP industri asring ngemot impurities lan cacat tartamtu, lan amarga tambahan nitrogen, biasane duwe warna kuning. Sawise upgrade teknologi, ing suhu dhuwur lan preparasi meksa dhuwur saka mirah bisa nggunakake cara gradien suhu kanggo gawé gedhe-partikel kualitas kristal siji inten, éling transformasi bahan abrasive industri mirah kanggo bahan permata.

Gambar 4 Morfologi Diamond

Deposisi uap kimia (CVD) minangka cara sing paling populer kanggo sintesis film berlian. Cara utama kalebu deposisi uap kimia filamen panas (HFCVD) landeposisi uap kimia plasma gelombang mikro (MPCVD).

(1) Deposisi uap kimia filamen panas

Prinsip dhasar HFCVD yaiku tabrakan gas reaksi karo kabel logam suhu dhuwur ing ruang vakum kanggo ngasilake macem-macem kelompok "ora diisi" sing aktif banget. Atom karbon sing diasilake disimpen ing materi substrat kanggo mbentuk nanodiamonds. Peralatan kasebut gampang dioperasikake, duwe biaya wutah sing murah, digunakake kanthi akeh, lan gampang entuk produksi industri. Amarga efisiensi bosok termal sing kurang lan kontaminasi atom logam sing serius saka filamen lan elektroda, HFCVD biasane mung digunakake kanggo nyiapake film berlian polycrystalline sing ngemot akeh impurities karbon fase sp2 ing wates gandum, saengga umume abu-abu-ireng. .

Gambar 5 (a) diagram peralatan HFCVD, (b) diagram struktur ruang vakum

(2) Endapan uap kimia plasma gelombang mikro

Cara MPCVD nggunakake magnetron utawa sumber ngalangi-negara kanggo generate gelombang mikro saka frekuensi tartamtu, kang dipakani menyang kamar reaksi liwat waveguide, lan mbentuk gelombang ngadeg stabil ndhuwur landasan miturut dimensi geometris khusus saka kamar reaksi. 

Medan elektromagnetik sing fokus banget ngrusak reaksi gas metana lan hidrogen ing kene kanggo mbentuk bal plasma sing stabil. Gugus atom sing sugih elektron, sugih ion, lan aktif bakal nukleasi lan tuwuh ing substrat ing suhu lan tekanan sing cocog, nyebabake wutah homoepitaxial alon. Dibandhingake karo HFCVD, ngindhari kontaminasi film berlian sing disebabake dening penguapan kawat logam panas lan nambah kemurnian film nanodiamond. Gas reaksi luwih akeh bisa digunakake ing proses kasebut tinimbang HFCVD, lan kristal tunggal berlian sing disimpen luwih murni tinimbang berlian alami. Mulane, jendhela polycrystalline berlian optis, kristal tunggal berlian kelas elektronik, lan liya-liyane bisa disiapake.

Gambar 6 Struktur internal MPCVD

Pangembangan lan dilema berlian

Wiwit berlian buatan pisanan kasil dikembangake ing taun 1963, sawise luwih saka 60 taun pembangunan, negaraku wis dadi negara kanthi output berlian buatan paling gedhe ing donya, kanthi luwih saka 90% ing donya. Nanging, berlian China utamane dikonsentrasi ing pasar aplikasi low-end lan medium-end, kayata grinding abrasive, optik, perawatan limbah lan lapangan liyane. Pangembangan berlian domestik gedhe nanging ora kuwat, lan ana ing kerugian ing pirang-pirang lapangan kayata peralatan dhuwur lan bahan elektronik. 

Ing babagan prestasi akademik ing bidang berlian CVD, riset ing Amerika Serikat, Jepang lan Eropa ana ing posisi sing unggul, lan ana sawetara riset asli ing negaraku. Kanthi dhukungan saka riset kunci lan pangembangan "Rencana Lima Taun 13", kristal tunggal berlian ukuran gedhe epitaxial domestik sing disambung menyang posisi kelas siji ing donya. Ing babagan kristal tunggal epitaxial heterogen, isih ana kesenjangan gedhe ing ukuran lan kualitas, sing bisa dikalahake ing "Rencana Lima Taun 14".

Peneliti saka kabeh ndonya wis nganakake riset jero babagan wutah, doping, lan perakitan piranti berlian supaya bisa mujudake aplikasi berlian ing piranti optoelektronik lan nyukupi pangarepan wong kanggo berlian minangka bahan multifungsi. Nanging, celah pita berlian dhuwure 5,4 eV. Konduktivitas tipe-p bisa digayuh kanthi doping boron, nanging angel banget kanggo entuk konduktivitas tipe-n. Peneliti saka macem-macem negara wis doped impurities kayata nitrogen, fosfor, lan belerang menyang kristal tunggal utawa berlian polycrystalline ing wangun ngganti atom karbon ing kisi. Nanging, amarga tingkat energi donor jero utawa kangelan ing ionisasi saka impurities, apik konduktivitas n-jinis durung dijupuk, kang banget mbatesi riset lan aplikasi saka piranti elektronik adhedhasar mirah. 

Ing wektu sing padha, inten kristal siji area gedhe angel disiapake kanthi jumlah gedhe kaya wafer silikon kristal tunggal, sing dadi kesulitan liyane ing pangembangan piranti semikonduktor berbasis berlian. Loro masalah ing ndhuwur nuduhake yen ana semikonduktor doping lan teori pangembangan piranti angel kanggo ngatasi masalah saka diamond n-jinis doping lan perakitan piranti. Perlu golek cara doping lan dopan liyane, utawa malah ngembangake prinsip doping lan pangembangan piranti anyar.

Rega sing dhuwur banget uga mbatesi pangembangan berlian. Dibandhingake karo rega silikon, rega silikon karbida 30-40 kaping silikon, rega gallium nitride 650-1300 kaping silikon, lan rega bahan berlian sintetik kira-kira 10.000 kali silikon. Rega sing dhuwur banget mbatesi pangembangan lan aplikasi berlian. Cara nyuda biaya minangka titik terobosan kanggo ngilangi dilema pembangunan.

Outlook

Senajan semikonduktor berlian saiki ngadhepi kangelan ing pembangunan, padha isih dianggep minangka materi paling janjeni kanggo nyiapake generasi sabanjuré piranti elektronik dhuwur-daya, frekuensi dhuwur, suhu dhuwur lan kurang daya mundhut. Saiki, semikonduktor paling panas dikuwasani dening silikon karbida. Silicon carbide nduweni struktur berlian, nanging setengah saka atome yaiku karbon. Mulane, bisa dianggep minangka setengah berlian. Silicon carbide kudu dadi produk transisi saka jaman kristal silikon menyang jaman semikonduktor berlian.

Ukara "Berlian iku salawas-lawase, lan siji inten langgeng" ndadèkaké jeneng De Beers misuwur nganti saiki. Kanggo semikonduktor berlian, nggawe kamulyan liyane bisa uga mbutuhake eksplorasi permanen lan terus-terusan.

VeTek Semiconductor minangka produsen profesional CinaTantalum Carbide Coating, Lapisan Silicon CarbideProduk GaN,Grafit khusus, Keramik Silicon Carbide KablanKeramik Semikonduktor liyane. VeTek Semiconductor setya nyedhiyakake solusi canggih kanggo macem-macem produk Coating kanggo industri semikonduktor.

Yen sampeyan duwe pitakon utawa butuh rincian tambahan, aja ragu-ragu hubungi kita.

Mob/WhatsAPP: +86-180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com