يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئاساس ۋە ئېپىتاكسىيە: زامانىۋى توك ۋە رادىئو چاستوتا ئۈسكۈنىلىرىنىڭ تېخنىكىلىق ئاساسى

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ تېخنىكىسىدىكى ئىلگىرىلەشلەر ئىككى مۇھىم ساھەدىكى بۆسۈشلەر بىلەن بارغانسېرى ئېنىقلىنىۋاتىدۇ:ئاساسىي ماددىلارۋەئېپىتاكسىيال قەۋەتلەربۇ ئىككى تەركىب ئېلېكتر ماشىنىلىرى، 5G بازا پونكىتلىرى، ئىستېمال ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى ۋە ئوپتىكىلىق ئالاقە سىستېمىلىرىدا ئىشلىتىلىدىغان ئىلغار ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئېلېكتر، ئىسسىقلىق ۋە ئىشەنچلىكلىك ئىقتىدارىنى بەلگىلەشتە بىرلىكتە ئىشلەيدۇ.

ئاساسىي قەۋەت فىزىكىلىق ۋە كىرىستاللىق ئاساسنى تەمىنلىسە، ئېپىتاكسىيال قەۋەت يۇقىرى چاستوتىلىق، يۇقىرى قۇۋۋەتلىك ياكى ئوپتوئېلېكترونلۇق ھەرىكەتنىڭ لايىھەلىنىدىغان فۇنكسىيەلىك يادروسىنى شەكىللەندۈرىدۇ. ئۇلارنىڭ ماسلىشىشى - كىرىستالنىڭ تەڭشىلىشى، ئىسسىقلىق كېڭىيىشى ۋە ئېلېكتر خۇسۇسىيىتى - يۇقىرى ئۈنۈملۈك، تېز ئالماشتۇرۇش ۋە ئېنېرگىيە تېجەيدىغان ئۈسكۈنىلەرنى تەرەققىي قىلدۇرۇش ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم.

بۇ ماقالىدە ئاساسىي سۇبستراتلار ۋە ئېپىتاكسىيال تېخنىكىلارنىڭ قانداق ئىشلەيدىغانلىقى، ئۇلارنىڭ نېمە ئۈچۈن مۇھىملىقى ۋە ئۇلارنىڭ يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللارنىڭ كەلگۈسىگە قانداق تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقى چۈشەندۈرۈلىدۇ.Si، GaN، GaAs، ساففىر ۋە SiC.

1. نېمە؟يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئاساس?

ئاساسىي قاتلام ئۈسكۈنىنىڭ ئۈستىگە قۇرۇلغان يەككە كىرىستاللىق «سۇپا» بولۇپ، ئۇ قۇرۇلما تىرەش، ئىسسىقلىق تارقىتىش ۋە يۇقىرى سۈپەتلىك ئېپىتاكسىيال ئۆسۈش ئۈچۈن زۆرۈر بولغان ئاتوم قېلىپى بىلەن تەمىنلەيدۇ.

ئاساسىي قاتلامنىڭ ئاساسلىق فۇنكسىيەلىرى

• مېخانىكىلىق قوللاش:ئۈسكۈنىنىڭ بىر تەرەپ قىلىش ۋە ئىشلىتىش جەريانىدا قۇرۇلمىنىڭ مۇقىملىقىنى ساقلايدۇ.

• كىرىستال قېلىپى:ئېپىتاكسىيال قەۋەتنىڭ ئاتوم تورلىرى بىلەن ماسلىشىپ ئۆسۈشىگە يېتەكچىلىك قىلىپ، نۇقسانلارنى ئازايتىدۇ.

• ئېلېكتر رولى:توك ئۆتكۈزۈشى مۇمكىن (مەسىلەن، Si، SiC) ياكى ئىزولياتور (مەسىلەن، ياقۇت) رولىنى ئوينايدۇ.

ئورتاق ئاساس ماتېرىياللىرى

ئاساسىي تاختىلار قانداق ئىشلەپچىقىرىلىدۇ

1. ماتېرىيالنى تازىلاش:كرېمنىي ياكى باشقا بىرىكمىلەر ئەڭ ساپلىققا يەتكۈزۈلىدۇ.

2. يەككە كرىستاللىق ئۆسۈش:

   • چوخرالسكى (چېخىيە)– كرېمنىينىڭ ئەڭ كۆپ ئۇچرايدىغان ئۇسۇلى.

   • سۇ ئۈستىدە يۈرۈش رايونى (FZ)– ئىنتايىن يۇقىرى ساپلىقتىكى كىرىستاللارنى ئىشلەپچىقىرىدۇ.

3. ۋافلىنىڭ پارچىلىنىشى ۋە سىلىقلىنىشى:بوللار ۋاپپېر شەكلىدە كېسىلىپ، ئاتوم سىلىقلىقىغا كەلتۈرۈلىدۇ.

4. تازىلاش ۋە تەكشۈرۈش:بۇلغىنىشلارنى چىقىرىۋېتىش ۋە نۇقسان زىچلىقىنى تەكشۈرۈش.

تېخنىكىلىق قىيىنچىلىقلار

بەزى ئىلغار ماتېرىياللارنى، بولۇپمۇ SiC نى ئىشلەپچىقىرىش تەس، چۈنكى كىرىستال ئۆسۈش سۈرئىتى ناھايىتى ئاستا (پەقەت سائىتىگە 0.3-0.5 مىللىمېتىر)، قاتتىق تېمپېراتۇرا كونترول تەلىپى ۋە چوڭ كېسىش زىيىنى (SiC كېسىش زىيىنى >70% كە يېتىشى مۇمكىن). بۇ مۇرەككەپلىك ئۈچىنچى ئەۋلاد ماتېرىياللارنىڭ قىممەت بولۇشىنىڭ بىر سەۋەبى.

2. ئېپىتاكسىيال قەۋەت دېگەن نېمە؟

ئېپىتاكسىيال قەۋەتنى ئۆستۈرۈش دېگەنلىك، ئاساسىي قاتلامغا نېپىز، يۇقىرى ساپلىقتىكى، يەككە كىرىستاللىق پەردە قويۇپ، تور يۆنىلىشى مۇكەممەل تەڭشەلگەن.

ئېپىتاكسىيال قەۋەت تۆۋەندىكىلەرنى بەلگىلەيدۇئېلېكتر ھەرىكىتىئاخىرقى ئۈسكۈنىنىڭ.

نېمىشقا ئېپىتاكسىيە مۇھىم؟

• كىرىستال ساپلىقىنى ئاشۇرىدۇ

• خاسلاشتۇرۇلغان دوپ پىروفىللىرىنى قوزغىتىدۇ

• ئاساسىي قاتلام كەمتۈكلۈكىنىڭ تارقىلىشىنى ئازايتىدۇ

• كۋانت قۇدۇقلىرى، HEMTs ۋە ئۈستۈنكى تورلار قاتارلىق ئىنژېنېرلىق قىلىنغان ھېتېرو قۇرۇلمىلارنى شەكىللەندۈرىدۇ.

ئاساسلىق ئېپىتاكسىيە تېخنىكىلىرى

ئېپىتاكسىيەدىكى مۇھىم پارامېتىرلار

• قەۋەت قېلىنلىقى:كۋانت قۇدۇقلىرى ئۈچۈن نانومېترلار، ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرى ئۈچۈن 100 مىكرومېتىرغىچە.

• دوپ ئىشلىتىش:ئارىلاشمىلارنى توغرا كىرگۈزۈش ئارقىلىق توشۇغۇچىنىڭ قويۇقلۇقىنى تەڭشەيدۇ.

• ئىنتېرفېيس سۈپىتى:تور ماس كەلمەسلىكىدىن كېلىپ چىققان چىقىش ۋە بېسىمنى ئەڭ تۆۋەن چەككە چۈشۈرۈشى كېرەك.

ھېتېروئېپىتاكسىيەدىكى قىيىنچىلىقلار

• تور ماس كەلمەسلىكى:مەسىلەن، GaN بىلەن ساففىرنىڭ ماس كەلمەسلىكى تەخمىنەن %13 ئەتراپىدا.

• ئىسسىقلىق كېڭىيىش ماس كەلمەسلىكى:سوۋۇتۇش جەريانىدا يېرىلىش پەيدا قىلىشى مۇمكىن.

• نۇقساننى كونترول قىلىش:بۇففېر قەۋەتلىرى، دەرىجە بېكىتىلگەن قەۋەتلەر ياكى يادرو ھاسىل قىلىش قەۋەتلىرىنى تەلەپ قىلىدۇ.

3. سۇبسترات ۋە ئېپىتاكسىيە قانداق بىرلىكتە ئىشلەيدۇ: رېئال دۇنيادىكى مىساللار

ياقۇتتىكى GaN LED چىرىغى

• ياقۇت ئەرزان باھالىق ۋە ئىسسىقلىق ساقلاش ئىقتىدارىغا ئىگە.

• بۇففېر قەۋەتلىرى (AlN ياكى تۆۋەن تېمپېراتۇرىلىق GaN) تور ماس كەلمەسلىكىنى ئازايتىدۇ.

• كۆپ كۋانتلىق قۇدۇقلار (InGaN/GaN) ئاكتىپ نۇر چىقىرىش رايونىنى شەكىللەندۈرىدۇ.

• نۇقسان زىچلىقى 10⁸ cm⁻² دىن تۆۋەن ۋە يۇقىرى يورۇقلۇق ئۈنۈمىگە ئېرىشىدۇ.

SiC قۇۋۋەت MOSFET

• يۇقىرى پارچىلىنىش ئىقتىدارىغا ئىگە 4H-SiC ئاساسىي ماتېرىياللىرىنى ئىشلىتىدۇ.

• ئېپىتاكسىيال دىۋىگراتسىيە قەۋىتى (10–100 μm) توك بېسىمى دەرىجىسىنى بەلگىلەيدۇ.

• كرېمنىيلىق ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرىگە قارىغاندا، ئۆتكۈزۈشچانلىقىنىڭ يوقىلىشىنى تەخمىنەن %90 تۆۋەن قىلىدۇ.

GaN-on-Cr RF ئۈسكۈنىلىرى

• كرېمنىي ئاساسلىرى چىقىمنى تۆۋەنلىتىدۇ ۋە CMOS بىلەن بىرلەشتۈرۈشكە يول قويىدۇ.

• AlN يادروسى قەۋىتى ۋە لايىھەلەنگەن بۇففېرلار بېسىمنى كونترول قىلىدۇ.

• مىللىمېتىر دولقۇن چاستوتىسىدا ئىشلەيدىغان 5G PA چىپلىرى ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ.

4. سۇبسترات بىلەن ئېپىتاكسىيەنىڭ ئاساسلىق پەرقى

5. بۇ تېخنىكىلار قەيەرگە قاراپ ماڭماقتا

چوڭراق ۋافېر چوڭلۇقلىرى

• Si 12 دىيۇملۇققا ئۆزگىرىۋاتىدۇ

• SiC 6 دىيۇمدىن 8 دىيۇمغا يۆتكىلىدۇ (تەننەرخنى زور دەرىجىدە تۆۋەنلىتىش)

• چوڭراق دىئامېتىر ئۆتكۈزۈش ئىقتىدارىنى ياخشىلايدۇ ۋە ئۈسكۈنە تەننەرخىنى تۆۋەنلىتىدۇ

ئەرزان باھالىق گېتېروئېپىتاكسىيە

GaN-on-Si ۋە GaN-on-yaqut قىممەت باھالىق يەرلىك GaN ئاساسلىرىنىڭ ئورنىنى ئالىدىغان ماتېرىيال سۈپىتىدە داۋاملىق ئالقىشقا ئېرىشىۋاتىدۇ.

ئىلغار كېسىش ۋە ئۆستۈرۈش تېخنىكىلىرى

• سوغۇق يېرىش ئۇسۇلى بىلەن كېسىش SiC كېرىمىنىڭ يوقىلىشىنى ~%75 تىن ~%50 گىچە تۆۋەنلىتىدۇ.

• ياخشىلانغان ئوچاق لايىھەلىرى SiC نىڭ مەھسۇلات مىقدارى ۋە بىردەكلىكىنى ئاشۇرىدۇ.

ئوپتىكىلىق، توك ۋە رادىئو چاستوتا فۇنكسىيەلىرىنى بىرلەشتۈرۈش

ئېپىتاكسىيە كەلگۈسىدىكى بىر گەۋدىلەشكەن فوتون تېخنىكىسى ۋە يۇقىرى ئۈنۈملۈك ئېلېكترون تېخنىكىسى ئۈچۈن مۇھىم بولغان كۋانت قۇدۇقلىرى، ئۈستۈنكى تورلار ۋە تارتىلغان قەۋەتلەرنى ھاسىل قىلىشقا شارائىت ھازىرلايدۇ.

خۇلاسە

ئاساسىي قاتلاملار ۋە ئېپىتاكسىيە زامانىۋى يېرىم ئۆتكۈزگۈچلەرنىڭ تېخنىكىلىق ئاساسىنى تەشكىل قىلىدۇ. ئاساسىي قاتلام فىزىكىلىق، ئىسسىقلىق ۋە كىرىستاللىق ئاساسنى بەلگىلەيدۇ، ئېپىتاكسىيە قەۋىتى بولسا ئىلغار ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئىقتىدارىنى ئىشقا ئاشۇرۇش ئۈچۈن ئېلېكتر ئىقتىدارلىرىنى بەلگىلەيدۇ.

ئېھتىياج ئاشقانسېرىيۇقىرى قۇۋۋەت، يۇقىرى چاستوتا ۋە يۇقىرى ئۈنۈملۈكئېلېكترلىك ماشىنىلاردىن تارتىپ سانلىق مەلۇمات مەركەزلىرىگىچە بولغان سىستېمىلار، بۇ ئىككى تېخنىكا بىرلىكتە تەرەققىي قىلىشنى داۋاملاشتۇرىدۇ. ۋافېر چوڭلۇقى، نۇقساننى كونترول قىلىش، گېتېروئېپىتاكسىيە ۋە كىرىستال ئۆسۈش قاتارلىق ساھەلەردىكى يېڭىلىقلار كېيىنكى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللار ۋە ئۈسكۈنە ئارخىتېكتۇرىسىنى شەكىللەندۈرىدۇ.