반도체 기판 웨이퍼: 실리콘, GaAs, SiC 및 GaN의 재료 특성

01. 기본반도체 기판 웨이퍼

1.1 반도체 기판의 정의

반도체 기판은 반도체 소자 제조에 사용되는 기본 재료를 말하며, 일반적으로 고순도 및 결정 성장 기술을 통해 만들어진 단결정 또는 다결정 재료를 말합니다. 기판 웨이퍼는 일반적으로 얇고 견고한 시트 구조로 다양한 반도체 장치 및 회로가 제조됩니다. 기판의 순도와 품질은 최종 반도체 장치의 성능과 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다.

1.2 기판 웨이퍼의 역할과 응용 분야

기판 웨이퍼는 반도체 제조 공정에서 중요한 역할을 합니다. 장치 및 회로의 기초로서 기판 웨이퍼는 전체 장치의 구조를 지원할 뿐만 아니라 전기, 열 및 기계적 측면에서 필요한 지원을 제공합니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:

기계적 지원: 후속 제조 단계를 지원하기 위한 안정적인 구조적 기반을 제공합니다.

열 관리: 과열로 인해 기기 성능이 영향을 받지 않도록 열을 방출하는 데 도움을 줍니다.

전기적 특성: 전도성, 캐리어 이동성 등과 같은 장치의 전기적 특성에 영향을 미칩니다.

응용 분야 측면에서 기판 웨이퍼는 다음과 같이 널리 사용됩니다.

마이크로 전자 장치: 집적회로(IC), 마이크로프로세서 등

광전자공학 장치: LED, 레이저, 광검출기 등

고주파 전자 장치: RF 증폭기, 마이크로파 장치 등

전력 전자 장치: 전력변환기, 인버터 등

02. 반도체 재료와 그 특성

실리콘(Si) 기판

· 단결정 실리콘과 다결정 실리콘의 차이점:

실리콘은 가장 일반적으로 사용되는 반도체 재료로 주로 단결정 실리콘과 다결정 실리콘의 형태로 사용됩니다. 단결정 실리콘은 연속적인 결정 구조로 이루어져 있어 순도가 높고 무결점 특성을 갖고 있어 고성능 전자소자에 매우 적합합니다. 다결정 실리콘은 여러 개의 결정립으로 구성되어 있으며, 결정립 사이에는 결정 경계가 있습니다. 제조 비용은 낮지만 전기 성능이 좋지 않기 때문에 일반적으로 태양 전지와 같은 일부 저성능 또는 대규모 응용 시나리오에 사용됩니다.

·실리콘 기판의 전자적 특성과 장점:

실리콘 기판은 높은 캐리어 이동도 및 적당한 에너지 갭(1.1eV)과 같은 우수한 전자 특성을 갖고 있어 실리콘을 대부분의 반도체 장치 제조에 이상적인 재료로 만듭니다.

또한 실리콘 기판에는 다음과 같은 장점이 있습니다.

고순도: 첨단 정제 및 성장 기술을 통해 매우 고순도의 단결정 실리콘을 얻을 수 있습니다.

비용 효율성: 실리콘은 다른 반도체 재료에 비해 가격이 저렴하고 제조 공정이 성숙합니다.

산화물 형성: 실리콘은 자연적으로 이산화규소(SiO2)층을 형성할 수 있으며, 이는 소자 제조 시 우수한 절연층 역할을 할 수 있습니다.

갈륨비소(GaAs) 기판

· GaAs의 고주파 특성:

갈륨비소는 높은 전자 이동도와 넓은 밴드갭으로 인해 고주파 및 고속 전자 장치에 특히 적합한 화합물 반도체입니다. GaAs 장치는 더 높은 효율과 더 낮은 소음 수준으로 더 높은 주파수에서 작동할 수 있습니다. 이로 인해 GaAs는 마이크로파 및 밀리미터파 응용 분야에서 중요한 재료가 됩니다.

· 광전자 공학 및 고주파 전자 장치에 GaAs 적용:

직접적인 밴드갭으로 인해 GaAs는 광전자 장치에도 널리 사용됩니다. 예를 들어, GaAs 재료는 LED 및 레이저 제조에 널리 사용됩니다. 또한 GaAs의 전자 이동도가 높기 때문에 RF 증폭기, 마이크로파 장치 및 위성 통신 장비에서 우수한 성능을 발휘합니다.

실리콘 카바이드(SiC) 기판

· SiC의 열전도율 및 고전력 특성:

탄화규소는 열 전도성이 뛰어나고 항복 전기장이 높은 넓은 밴드갭 반도체입니다. 이러한 특성으로 인해 SiC는 고전력 및 고온 애플리케이션에 매우 적합합니다. SiC 장치는 실리콘 장치보다 몇 배 더 높은 전압과 온도에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다.

· 전력 전자 장치에서 SiC의 장점:

SiC 기판은 더 낮은 스위칭 손실과 더 높은 효율과 같은 전력 전자 장치에서 상당한 이점을 보여줍니다. 이로 인해 SiC는 전기 자동차, 풍력 및 태양광 인버터와 같은 고전력 변환 애플리케이션에서 점점 인기를 얻고 있습니다. 또한 SiC는 높은 내열성으로 인해 항공우주 및 산업 제어에 널리 사용됩니다.

질화갈륨(GaN) 기판

· GaN의 높은 전자 이동도 및 광학 특성:

질화 갈륨은 전자 이동도가 매우 높고 광학 특성이 강한 또 다른 넓은 밴드갭 반도체입니다. GaN의 높은 전자 이동성은 고주파수 및 고전력 애플리케이션에서 매우 효율적입니다. 동시에 GaN은 자외선부터 가시광선까지의 범위에서 빛을 방출할 수 있어 다양한 광전자 장치에 적합합니다.

· 전력 및 광전자 장치에 GaN 적용:

전력 전자 분야에서 GaN 장치는 높은 항복 전기장과 낮은 온 저항으로 인해 스위칭 전원 공급 장치 및 RF 증폭기에 탁월합니다. 동시에 GaN은 광전자 장치, 특히 LED 및 레이저 다이오드 제조에서 중요한 역할을 하여 조명 및 디스플레이 기술의 발전을 촉진합니다.

· 반도체 신소재의 가능성:

과학기술의 발달로 산화갈륨(Ga2O3), 다이아몬드 등 신흥 반도체 소재가 큰 잠재력을 보이고 있다. 산화 갈륨은 매우 넓은 밴드갭(4.9eV)을 갖고 있어 고전력 전자소자에 매우 적합한 반면, 다이아몬드는 우수한 열적 특성으로 인해 차세대 고전력 및 고주파 응용 분야에 이상적인 재료로 간주됩니다. 전도성과 매우 높은 캐리어 이동성을 제공합니다. 이들 신소재는 미래의 전자 및 광전자소자에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

03. 웨이퍼 제조 공정

3.1 기판 웨이퍼 성장 기술

3.1.1 초크랄스키법(CZ법)

초크랄스키(Czochralski) 방법은 단결정 실리콘 웨이퍼를 제조하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 용융된 실리콘에 종자결정을 담근 후 천천히 빼내는 방식으로, 용융된 실리콘이 종자결정에 결정화되어 단결정으로 성장하게 됩니다. 이 방법은 대형, 고품질 단결정 실리콘을 생산할 수 있어 대규모 집적 회로 제조에 매우 적합합니다.

3.1.2 브리지먼 방식

Bridgman 방법은 일반적으로 갈륨 비소와 같은 화합물 반도체를 성장시키는 데 사용됩니다. 이 방법은 원료를 도가니 속에서 가열하여 용융상태로 만든 후 서서히 냉각시켜 단결정을 형성하는 방법이다. 브리지먼 방식은 결정의 성장속도와 방향을 제어할 수 있어 복합화합물반도체 제조에 적합하다.

3.1.3 분자선 에피택시(MBE)

분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy)는 기판 위에 초박형 반도체층을 성장시키는 데 사용되는 기술이다. 초고진공 환경에서 서로 다른 원소의 분자빔을 정밀하게 제어하고, 기판 위에 층층이 증착하여 고품질의 결정층을 형성합니다. MBE 기술은 특히 고정밀 양자점 및 초박형 이종접합 구조 제조에 적합합니다.

3.1.4 화학기상증착(CVD)

화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)은 반도체 및 기타 고성능 재료 제조에 널리 사용되는 박막 증착 기술입니다. CVD는 기체 전구체를 분해하여 기판 표면에 증착하여 고체 필름을 형성합니다. CVD 기술은 두께와 조성이 고도로 제어된 필름을 생산할 수 있어 복잡한 장치 제조에 매우 적합합니다.

3.2 웨이퍼 절단 및 연마

3.2.1 실리콘 웨이퍼 절단 기술

결정 성장이 완료된 후, 큰 결정은 얇은 조각으로 절단되어 웨이퍼가 됩니다. 실리콘 웨이퍼 절단은 일반적으로 절단 정확도를 보장하고 재료 손실을 줄이기 위해 다이아몬드 톱날 또는 와이어 톱 기술을 사용합니다. 웨이퍼의 두께와 표면 평탄도가 요구 사항을 충족하도록 절단 공정을 정밀하게 제어해야 합니다.

------------------------------------- ------------------------------------- ------------------------------------- ------------------------------------- ------------------------------------- ----------------------------

VeTek Semiconductor는 중국 전문 제조업체입니다.4°오프 축 p형 SiC 웨이퍼, 4H N형 SiC 기판, 그리고4H 반절연형 SiC 기판.  VeTek Semiconductor는 다양한 분야에 고급 솔루션을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다.SiC 웨이퍼반도체 산업용 제품. 

당신이 관심이 있다면반도체 기판 웨이퍼s, 저희에게 직접 연락 주시기 바랍니다.

몹: +86-180 6922 0752

왓츠앱: +86 180 6922 0752

이메일: anny@veteksemi.com