Дијамант - будућа звезда полупроводника

Уз брзо развој науке и технологије и растуће глобалне потражње за полу-ефикасним полуводичким уређајима, полуводичким материјалима подлоге, као кључна техничка веза у ланцу полуводичке индустрије, постају све важнији. Међу њима, дијамант, као потенцијална четврта генерација "Ултимате полуводичка" материјал, постепено постаје истраживачки хотспот и ново тржиште у области материјала подлоге полуводича због својих одличних физичких и хемијских својстава.

Својства дијаманта

Диамонд је типичан атомски кристал кристала и ковалентна веза. Кристална структура је приказана на слици 1 (а). Састоји се од средњег атома угљеника везаног за остале три атома угљеника у облику ковалентне везе. Слика 1 (б) је јединица ћелије јединице, која одражава микроскопску периодичност и структурну симетрију дијаманта.

Слика 1 Дијамант (а) кристална структура; (б) структуру јединичне ћелије

Дијамант је најтежи материјал на свету, са јединственим физичким и хемијским својствима и одлична својства у механици, струји и оптици, као што је приказано на слици 2: Дијамант има ултра-велика тврдоћа и отпорност на хабање, погодно за резање материјала и удубљења итд . и добро се користи у абразивним алатима; (2) Дијамант има највишу термичку проводљивост (2200В / (М · К)) међу датумом природних супстанци, што је 4 пута веће од силицијум карбида (СИЦ), 13 пута већи од силицијума (СИ), 43 пута веће од Галлиум арсенид (Гаас) и 4 до 5 пута већи од бакра и сребра и користи се у уређајима са високим напајањем. Има одлична својства као што су ниска коефицијент термичког експанзије (0,8 × 10-6-1,5 × 10)^-6K^-1) и високог модула еластичности. То је одличан електронски материјал за паковање са добрим изгледима. 

Мобилност рупа је 4500 цм2 · В^-1· С^-1, а електронска мобилност је 3800 цм2 · в^-1· С^-1, што га чини применљивим на уређаје за пребацивање великих брзина; Снага поља од квара је 13МВ / ЦМ, која се може применити на високонапонске уређаје; Балига фигура за заслуге је чак 24664, што је много веће од осталих материјала (већа вредност, што је већи потенцијал за употребу у пребацивању уређаја). 

Поликристални дијамант такође има украсни ефекат. Дијамантски премаз не само има само ефекат блица, већ има и различите боје. Користи се у производњи врхунских сатова, украсних премаза за луксузну робу и директно као модни производ. Снага и тврдоћа дијаманта су 6 пута и 10 пута 10 пута од Цорнинг стакла, тако да се користи и код дисплеја мобилног телефона и сочивима камере.

Слика 2 Особине дијаманта и других полупроводничких материјала

Припрема дијаманта

Раст дијаманта углавном је подељен у ХТХП методу (метода високе температуре и високог притиска) иЦВД метода (хемијска метода таложења паре). ЦВД метода је постала главна метода за припрему дијамантских полупроводничких супстрата због својих предности као што су отпорност на висок притисак, велика радио фреквенција, ниска цена и отпорност на високе температуре. Две методе раста се фокусирају на различите примене и оне ће још дуго у будућности показивати комплементаран однос.

Метода високе температуре и високог притиска (ХТХП) је да се направи графитна колона мешањем графитног праха, праха металног катализатора и адитива у пропорцији која је одређена формулом сировог материјала, а затим гранулацијом, статичком пресовањем, смањењем вакуума, инспекцијом, вагањем и други процеси. Колона са графитним језгром се затим саставља са композитним блоком, помоћним деловима и другим затвореним медијима за пренос притиска да би се формирао синтетички блок који се може користити за синтетизацију монокристала дијаманата. Након тога се ставља у шестострану горњу пресу ради загревања и притиска и одржава се константно дуго времена. Након што је раст кристала завршен, топлота се зауставља и притисак се ослобађа, а запечаћени медијум за пренос притиска се уклања да би се добила синтетичка колона, која се затим пречишћава и сортира да би се добили дијамантски монокристали.

Слика 3 Структурни дијаграм шестостране горње пресе

Због употребе металних катализатора, честице дијаманата припремљене индустријском ХТХП методом често садрже одређене нечистоће и недостатке, а због додатка азота најчешће имају жуту нијансу. Након надоградње технологије, припрема дијаманата на високим температурама и високим притиском може користити методу температурног градијента за производњу висококвалитетних монокристала дијаманата великих честица, остварујући трансформацију индустријског абразивног квалитета дијаманата у квалитет драгуља.

Слика 4 Дијамантна морфологија

Хемијско таложење паре (ЦВД) је најпопуларнији метод за синтезу дијамантских филмова. Главне методе укључују хемијско таложење паре врућих филамената (ХФЦВД) имикроталасна плазма хемијско таложење паре (МПЦВД).

(1) Хемијско таложење паре врућих филамената

Основни принцип ХФЦВД-а је да се судари реакциони гас са високотемпературном металном жицом у вакуумској комори да би се створиле различите високо активне "ненаелектрисане" групе. Генерисани атоми угљеника се таложе на материјал супстрата да би се формирали нанодијаманти. Опрема је једноставна за руковање, има ниске трошкове раста, широко се користи и лако се постиже индустријска производња. Због ниске ефикасности термичког разлагања и озбиљне контаминације атома метала из филамента и електроде, ХФЦВД се обично користи само за припрему поликристалних дијамантских филмова који садрже велику количину нечистоћа угљеника у сп2 фази на граници зрна, тако да је углавном сиво-црна. .

Слика 5 (а) ХФЦВД Екуипмент Диаграм, (б) Дијаграм структуре вакуумске коморе

(2) Микроталасна таложење хемијске паре у плазми

МПЦВД метода користи магнетрон или солид-државни извор за генерисање микроталаса одређене фреквенције, које се у реакциону комору усаврши кроз таласни дјећа и формирају стабилне сталне таласе изнад подлоге према посебним геометријским димензијама реакционе коморе. 

Високо фокусирано електромагнетско поље разграђује се реакциони гасови метан и водоник овде да формирају стабилну плазму. Електронска богати, ион-богати и активне атомске групе ће се натерати и расти на подлози на одговарајућој температури и притиску, узрокујући полако хомоепитакски раст. У поређењу са ХФЦВД-ом, избегава контаминацију дијамантског филма узрокованог испаравањем вруће металне жице и повећава чистоћу нанодијамондног филма. Више реакционих гасова се може користити у процесу од ХФЦВД-а, а депоновани дијамантски појединачни кристали чистији су од природних дијаманата. Због тога се дијамантни поликристални прозори оптичког разреда, електронски разред дијамантне кристале итд. Могу се припремити.

Слика 6 Унутрашња структура МПЦВД

Развој и дилема дијаманта

Пошто је први вештачки дијамант успешно развијен 1963. године, након више од 60 година развоја, моја земља је постала земља са највећим производом вештачког дијаманта на свету, која чини више од 90% света. Међутим, Кинески дијаманти су углавном концентрисани на тржиштима нискоинитости и средњих апликација, попут абразивног брушења, оптике, канализације и друга поља. Развој домаћих дијаманата је велики, али није јак, а налази се на неповољном положају у многим областима као што су врхунска опрема и материјали електронски разреде. 

У погледу академских достигнућа у области ЦВД дијаманата, истраживање у Сједињеним Државама, Јапану и Европи је у водећем положају, а у мојој земљи је релативно мало оригиналних истраживања. Помоћу кључних истраживања и развоја "13. петогодишњег плана", домаће спојене епитаксијалне дијамалне кристале велике величине скочиле су на свет у свету прве класе. У погледу хетерогених епитаксијалних једним кристалама, још увек постоји велики јаз у величини и квалитету, који се може надмашити у "14. петогодишњим планом".

Истраживачи из целог света спровели су дубински истраживачки истраживање раста, допинга и уређаја Скупштине дијаманата како би реализовали примјену дијаманата у оптоелектронским уређајима и испуњавају очекивања људи за дијаманте као вишенаменски материјал. Међутим, јаз за бенд Диамонд је висок од 5,4 ЕВ. Његова проводљивост у типу може се постићи допингом Борона, али врло је тешко добити проводљивост Н-типа. Истраживачи из различитих земаља имају допира немирница попут азота, фосфора и сумпора у појединачни кристални или поликристални дијамант у облику замене атома угљеника у решетки. Међутим, због дубоког нивоа енергије или потешкоће у јонизацији нечистоћа, добре проводљивост Н-типа није добијено, што увелике ограничава истраживање и примену дијамантских електронских уређаја. 

Истовремено, монокристални дијамант велике површине је тешко припремити у великим количинама попут монокристалних силицијумских плочица, што је још једна потешкоћа у развоју полупроводничких уређаја на бази дијаманата. Горња два проблема показују да постојећа теорија допинга полупроводника и развоја уређаја тешко решава проблеме допинга дијаманта н-типа и склапања уређаја. Неопходно је тражити друге допинг методе и допанте, или чак развити нове принципе допинга и развоја уређаја.

Претерано високе цене такође ограничавају развој дијаманата. У поређењу са ценом силицијума, цена силицијум карбида је 30-40 пута већа од цене силицијума, цена галијум нитрида је 650-1300 пута већа од цене силицијума, а цена синтетичких дијамантских материјала је отприлике 10.000 пута већа од цене силицијума. Превисока цена ограничава развој и примену дијаманата. Како смањити трошкове је тачка пробоја за разбијање развојне дилеме.

Оутлоок

Иако се дијамантски полуводичи суочавају са потешкоћама у развоју, они се и даље сматрају најперспективнијим материјалом за припрему нове генерације високотезричне, високо-температуре и електронске уређаје за губитак ниске снаге. Тренутно су најтоплије полуводиче заузете силицијум карбидом. Силиконски карбид има структуру дијаманта, али половина атома је угљеник. Стога се може сматрати пола дијаманта. Силиконски карбид би требао бити прелазни производ из силицијум кристалне ере до дијамантске полуводичке ере.

Израз "дијаманти су заувек, а један дијамант траје заувек" дала је име де пива позната за овај дан. За дијамантске полуводиче, стварање друге врсте славе може захтевати трајно и континуирано истраживање.

ВеТек Семицондуцтор је професионални кинески произвођачТанталум Царбиде Цоатинг, СИЛИЦОН ЦАРБИДЕ ЦОАТИНГ, ГаН производи,Специјални графит, Силицијум карбида керамикаиДруга полупроводничка керамика. Семицондуктор Ветек је посвећен пружању напредних решења за различите производе за превлачење за полуводичку индустрију.

Ако имате било каквих питања или су вам потребне додатне детаље, не устручавајте се да ступите у контакт са нама.

Моб / Вхатсапп: + 86-180 6922 0752

Е-пошта: анни@ветексеми.цом