반도체 제조의 주요 원자재: 웨이퍼 기판의 종류

웨이퍼 기판은 반도체 장치의 물리적 운반자로 작용하며, 그들의 재료 특성은 장치 성능, 비용 및 응용 범위에 직접 영향을 미칩니다.아래에는 웨이퍼 기판의 주요 유형과 각각의 장단점이 있습니다.:

1실리콘 (Si)

시장 점유율: 세계 반도체 시장의 95% 이상을 지배합니다.

장점:

• 저비용: 풍부한 원료 (실리콘 이산화) 와 성숙한 제조 프로세스는 상당한 규모 경제를 가능하게합니다.
• 높은 프로세스 호환성: 고도로 성숙한 CMOS 기술은 나노 규모 제조 (예를 들어, 3nm 노드) 를 지원합니다.
• 우수한 크리스탈 품질: 큰 크기의 (12 인치 기본, 18 인치 개발 중) 결함이 낮은 단일 크리스탈을 생산 할 수 있습니다.
• 안정적 인 기계적 특성: 잘라, 닦아, 가공 하기 쉽다.

- 네

단점:

• 좁은 대역 간격 (1.12 eV): 높은 온도에서 높은 누출 전류, 전력 장치의 효율을 제한합니다.
• 간접 대역 간격: 광전자 장치 (예를 들어, LED, 레이저) 에 적합하지 않은 매우 낮은 빛 방출 효율.
• 제한된 전자 이동성: 복합 반도체에 비해 낮은 고주파 성능.

- 네

ZMSH의 실리콘 웨이퍼

2갈륨 아르세네이드 (GaAs)

응용 분야: 고주파 RF 장치 (5G/6G), 광전자 장치 (레이저, 태양 전지).

장점:

• 높은 전자 이동성 (실리콘의 56 ×): 고속, 고 주파수 응용 프로그램 (mmWave 통신) 에 이상적입니다.
• 직접 대역 간격 (1.42 eV): 적외선 레이저와 LED의 기초를 형성하는 효율적인 광전력 변환.
• 열/방사 저항성: 항공 및 고온 환경에 적합합니다.

단점:

• 고비용: 복잡한 결정 성장과 함께 희귀한 재료 (변형에 유의); 웨이퍼 크기는 작습니다 (6 인치 기본).
• 기계적 부서지기성: 분해되기 쉽기 때문에 가공 생산량이 낮습니다.
• 독성: 아르센을 처리하는 데 엄격한 통제가 필요합니다.

- 네

ZMSH의 GaAs 웨이퍼

3. 실리콘 카비드 (SiC)

응용 분야: 고온/고압 전력 장치 (EV 인버터, 충전 스틸), 항공우주.

장점:

• 넓은 대역 간격 (3.26 eV): 높은 전압 (분해장 강도 10 × 실리콘) 에 견딜 수 있으며 200 °C 이상에서 작동합니다.
• 높은 열전도 (실리콘의 3배): 효율적인 열분 dissipating 시스템 전력 밀도를 향상시킵니다.
• 낮은 전환 손실: 전력 변환 효율을 향상시킵니다.

단점:

• 도전적인 기질 준비: 느린 결정 성장 (> 1 주) 및 어려운 결함 관리 (미크로튜브, 굴절); 비용 5 10 × 실리콘.
• 작은 웨이퍼 사이즈: 메인스트림 4~6인치; 8인치 개발이 진행중이다.
• 가공 이 어렵다: 높은 경직성 (Mohs 9.5) 으로 인해 절단 및 닦는 데 시간이 많이 소요 된다.

- 네

ZMSH의 SiC 웨이퍼

4갈륨 나이트라이드 (GaN)

응용 분야: 고주파 전력 장치 (빠른 충전기, 5G 기지국), 파란색 LED/레이저.

장점:

• 초고전자 이동성 + 넓은 대역 간격 (3.4 eV): 고주파 (>100 GHz) 및 고전압 특성을 결합합니다.
• 낮은 저항: 장치의 전력 소비를 줄입니다.
• 이질적 인 에피타시 호환성: 종종 저렴한 비용을 위해 실리콘, 사파이어 또는 SiC 기판에서 재배됩니다.

- 네

단점:

• 대용량 결정 성장의 어려움: 메인스트림은 격자 불일치로 인한 결함으로 이질적인 부각에 의존합니다.
• 고비용: 자부족 GaN 기판은 비싸다 (2인치 웨이퍼는 수천 달러가 소요될 수 있다).
• 신뢰성 과제: 현재 붕괴 효과는 최적화를 요구합니다.

ZMSH의 GaN 웨이퍼

5. 포스포스 인디움 (InP)

응용 분야: 고속 광전자 (레이저, 탐지기), 테라헤르츠 장치.

장점:

• 초고전자 이동성: 100GHz 이상의 고주파 동작을 지원합니다.
• 파장 매칭과 직접 대역 간격: 1.3~1.55μm 광섬유 통신에 중요합니다.

단점:

• 깨지기 쉽고 높은 비용: 기판 가격은 실리콘보다 100배 이상이며 웨이퍼 크기는 작습니다.

- 네

ZMSH의InP웨이퍼

6사피르 (Al2O3)

응용 분야: LED 조명 (GaN 대동 자재), 소비자 전자 제품 덮개.

장점:

• 낮은 비용: SiC/GaN 기판보다 저렴합니다.
• 화학적 안정성: 부식 저항성 및 단열성
• 투명성: 수직 구조 LED에 적합합니다.

단점:

• 라티스 GaN (> 13%) 와의 불일치: 부피 결함을 줄이기 위해 버퍼 층이 필요합니다.
• 열전도 저하 (실리콘의 1/20): 고전력 LED의 성능을 제한합니다.

ZMSH의사피라웨이퍼

7. 알루미늄 산화물/세라믹 서브스트라트 (예: AlN, BeO)

응용분야: 고전력 모듈용 열 분산 기판

장점:

• 단열 + 높은 열 전도성 (AlN: 170 ∼230 W/m·K)

단점:

• 단일 결정이 아닌 장치: 직접 성장 할 수 없습니다. 포장 기판으로만 사용됩니다.

ZMSH의 알루미나 세라믹 기판

8. 특화된 기판

• SOI (실리콘 온 아이솔레이터):

1. 구조: 실리콘/실리콘 이산화/실리콘 샌드위치- 네
2. 장점: 기생충 용량, 방사선 경화 및 누출 전류 (RF, MEMS에서 사용됩니다) 를 감소시킵니다.
3. 단점: 대량 실리콘보다 30~50% 더 높은 비용.

• 쿼츠 (SiO2)사진 마스크, MEMS에 사용되는데, 열에 내성이 있지만 부서지기 쉽죠.
• 다이아몬드:극심한 열 분비를 위해 개발 중인 최고 열 전도성 (>2000 W/m·K)

ZMSH의 SOI 웨이퍼, 쿼츠 웨이퍼, 다이아몬드 기판

요약 비교 표

선택 을 위한 핵심 요인

1. 성능 요구 사항: 고주파 애플리케이션은 GaAs/InP를 선호합니다. 고전압/고온 애플리케이션에는 SiC가 필요합니다. 광전자는 GaAs/InP/GaN을 선호합니다.
2. 비용 제한: 소비자 전자제품은 실리콘을 우선시하고 고급 분야는 SiC/GaN에 대한 프리미엄 가격을 허용합니다.
3. 통합 복잡성: 실리콘 CMOS 호환성은 견줄 수 없습니다.
4. 열관리: 고전력 기기는 SiC 또는 다이아몬드 기반의 GaN를 우선적으로 사용합니다.
5. 공급망 성숙기: 실리콘 > 사파이어 > 가아스 > SiC > GaN > InP

미래 경향

이질적인 통합 (예를 들어, 실리콘에 GaN, GaN에 SiC) 은 성능과 비용을 균형을 이루며 5G, 전기차 및 양자 컴퓨팅의 발전을 촉진합니다.

ZMSH의 서비스 - 네

통합 제조 및 반도체 재료 무역 종합 서비스 제공자로서 우리는 웨이퍼 기판 (Si/GaAs/SiC/GaN 등) 에서 전체 제품 공급망 솔루션을 제공합니다.광 저항 물질 및 CMP 닦기 재료. 자발적으로 개발된 생산 기반과 세계화된 공급망 네트워크를 활용하여우리는 신속한 대응 능력과 전문적인 기술 지원을 결합하여 안정적인 공급망 운영과 기술 혁신을 달성하는 고객에게 힘을 실어줍니다..