Nitruro de aluminio para la industria de semiconductores
Nitruro de aluminio (AlN) con alta resistencia, resistividad de alto volumen, alto voltaje de aislamiento, coeficiente de expansión térmica, y el silicio combinan bien, etc., No sólo se utiliza como aditivos de sinterización de cerámica estructural o fase de refuerzo., Especialmente en el campo del sustrato electrónico cerámico y materiales de encapsulación en los últimos años., su rendimiento es mucho más que la alúmina.
Materiales de nitruro de aluminio en el campo de la electrónica y la energía eléctrica., locomotoras, aviación y aeroespacial, industria militar y de defensa nacional, Las comunicaciones y muchas áreas industriales tienen amplias perspectivas de aplicación y una amplia gama de mercados potenciales.. Las aplicaciones de gama alta se han vuelto populares con el desarrollo de materiales de cristal de nitruro de aluminio.. Entre ellos, La aplicación del nitruro de aluminio en el campo de los semiconductores ha atraído mucha atención..
Nitruro de aluminio para la industria de semiconductores
Características de rendimiento de los materiales de nitruro de aluminio
Nitruro de aluminio (AlN) es un compuesto unido covalentemente con una estructura de zincita fibrilada hexagonal y un parámetro de red de a = 3.114 y c = 4.986. El nitruro de aluminio puro es de color blanco azulado., y el nitruro de aluminio se comporta en estado normal generalmente en un color gris o blanquecino. Como material con gran potencial, El nitruro de aluminio posee estas características de rendimiento:
① Propiedades térmicas
La conductividad térmica teórica del AlN es 320W/m-K., y la conductividad térmica del AlN policristalino preparado real es generalmente de 100 ~ 260 W/m-K. La conductividad térmica a temperatura ambiente es de 10 a 15 veces mayor que la del Al2O3., que es cercano al de BeO (la conductividad térmica teórica es 350W/m-K), Y la conductividad térmica es mejor que la del óxido de berilio cuando la temperatura es superior a 200 °C.. En el rango de 25~400°C, el AIN puro tiene un coeficiente de expansión térmica de 4,4×10-6K-1, que es similar al del silicio (3.4×10-6K-1).
② Propiedades eléctricas
La electronegatividad a temperatura ambiente del AIN puro es superior a 1014Ω-cm., que es un buen material aislante; la constante dieléctrica es aproximadamente 8.0 (1megahercio), que es comparable al de Al2O3; la pérdida dieléctrica es 10-4 (1megahercio), y la tensión soportada de aislamiento es 14KV-mm-1, y tiene un alto coeficiente de acoplamiento electromecánico (0.8%), piezoelectricidad y pronegatividad.
③ Propiedades mecánicas
Temperatura ambiente, Cerámica AIN densa, dureza Vickers de 12GPa., Dureza de Mohs 7 ~ 8, Módulo de Young de 308GPa, Resistencia a la flexión de hasta 350 MPa., fuerza con el aumento de la temperatura y el descenso es relativamente lento, 1300 ℃ resistencia a altas temperaturas que la resistencia a temperatura ambiente de aproximadamente 20% más bajo, mientras que el prensado en caliente Si3N4, Al2O3 generalmente para reducir 50%.
④ Propiedades químicas
AIN tiene una excelente resistencia a la corrosión a altas temperaturas., no infiltrado por aluminio, cobre, plata, Plomo, níquel y muchos otros metales, pero también en ciertas sales fundidas, como el arseniuro de galio en la sal fundida de la estabilidad de la existencia del AIN; AIN tiene una fuerte higroscopicidad., y es muy fácil de reaccionar con el vapor de agua en el aire; en el aire, la oxidación inicial de la temperatura AIN de 700 ~ 800 ℃. A presión atmosférica, AIN no se derrite, pero sufre descomposición térmica a 2260-2500 ℃.
Aplicación del nitruro de aluminio en el campo de los semiconductores.
① Materiales de sustrato y materiales de embalaje.
Con el floreciente desarrollo de la microelectrónica y la tecnología de semiconductores, Los dispositivos semiconductores de potencia actuales deben tener alto voltaje., alta corriente, alta densidad de potencia, tamaño pequeño y otras características, La densidad del flujo de calor del sustrato electrónico ha aumentado dramáticamente., Mantener un entorno operativo estable dentro del dispositivo se ha convertido en una preocupación clave de los problemas técnicos.. Por esta razón, Los materiales del sustrato en los circuitos integrados de potencia deben tener una buena confiabilidad mecánica y una alta conductividad térmica..
Nitruro de aluminio para la industria de semiconductores
Actualmente, Los materiales de sustrato de embalaje se utilizan principalmente en cerámicas de alúmina o materiales poliméricos., pero con los requisitos cada vez más estrictos para el sustrato portador de piezas electrónicas, su conductividad térmica no satisface las necesidades de la industria, y las cerámicas AlN se consideran una nueva generación de sustrato de disipación térmica y el ideal para la encapsulación de dispositivos electrónicos debido a su alta conductividad térmica., el coeficiente de expansión térmica se acerca a las características del silicio, alta resistencia mecánica, estabilidad química y protección del medio ambiente no toxicidad Material.
Comparado con el sustrato cerámico Al2O3 y el sustrato cerámico Si3N4, El sustrato cerámico AlN tiene estas ventajas: el uso de sustrato cerámico AlN como soporte para el chip, El chip se puede separar del sustrato de disipación de calor del módulo., la mitad del sustrato de la capa cerámica de AlN puede mejorar efectivamente la capacidad de aislamiento del módulo (voltaje de aislamiento de la capa cerámica > 2.5Bola de rodamiento de cerámica de circonio), y el sustrato cerámico de nitruro de aluminio tiene buena conductividad térmica, conductividad térmica Además, El coeficiente de expansión del sustrato cerámico AlN es similar al del silicio., no causará daños por tensión al chip, Resistencia al pelado del sustrato cerámico de nitruro de aluminio> 20N/mm2, tiene excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, no es fácil de deformar, Se puede utilizar en un amplio rango de temperaturas..
② Procesamiento de obleas con ventosas electrostáticas
Proceso moderno de fabricación de semiconductores en el procesamiento de obleas con varios procedimientos., Las obleas deben transmitirse de un lado a otro entre los cientos de equipos de proceso., por lo que es necesario un dispositivo para sujetar las obleas. Las ventosas electrostáticas se pueden fijar mediante adsorción electrostática a la oblea., La fuerza de adsorción es uniforme y estable., La oblea no se deformará ni se deformará para garantizar la precisión y limpieza del procesamiento de la oblea.. Actualmente, La tecnología común de ventosa electrostática se basa principalmente en cerámica de alúmina o cerámica de nitruro de aluminio como material principal.. Para procesamiento de obleas de silicio ordinarias, La alúmina o el zafiro de alta pureza pueden cumplir los requisitos., pero si se utiliza en el procesamiento de obleas de carburo de silicio, la conductividad térmica es insuficiente, debe utilizar nitruro de aluminio para cumplir con los requisitos.
Nitruro de aluminio para la industria de semiconductores
Las ventajas de las ventosas electrostáticas cerámicas de nitruro de aluminio son: puede controlar su resistividad de volumen, Obtenga una amplia gama de temperaturas y adsorción total., Las ventosas electrostáticas pueden lograr una buena uniformidad de temperatura gracias al alto grado de libertad del diseño del calentador.; nitruro de aluminio a través del tipo de co-combustión de una sola pieza, no habrá deterioro del electrodo causado por el cambio de hora, el máximo para proteger la calidad del producto; en un entorno de atmósfera de vacío de plasma-halógeno para poder El nitruro de aluminio puede funcionar en una atmósfera de vacío de plasma-halógeno para poder soportar el entorno de proceso más exigente de semiconductores y microelectrónica, y también puede proporcionar una fuerza de adsorción estable y control de temperatura.. Se escucha que la aplicación del nitruro de aluminio en el campo de los semiconductores en países extranjeros se ha convertido en el principal mercado para las cerámicas de nitruro de aluminio., el extremo más alto de las ventosas electrostáticas se puede vender incluso por cientos de miles de yuanes y millones de yuanes., muy «oro».
③ materiales de sustrato
El cristal de AlN es GaN, Sustrato ideal de material epitaxial de AlGaN y AlN. Comparado con el sustrato de zafiro o SiC, AlN es más compatible térmica y químicamente con GaN, y la tensión entre el sustrato y la capa epitaxial es menor. Por lo tanto, cristales de AlN, cuando se utilizan como sustratos epitaxiales de GaN, puede reducir significativamente la densidad de defectos en el dispositivo, mejorar el rendimiento del dispositivo, y tener buenas perspectivas de aplicación en la preparación de alta temperatura, alta frecuencia, dispositivos electrónicos de alta potencia.
Nitruro de aluminio para la industria de semiconductores
Además, utilizando cristales de AlN como sustrato para materiales epitaxiales de AlGaN con alto contenido de aluminio (Alabama) La composición también puede reducir eficazmente la densidad de defectos en la capa epitaxial de nitruro., mejorando enormemente el rendimiento y la vida útil de los dispositivos semiconductores de nitruro. Se han aplicado con éxito detectores ciegos de alta calidad basados en AlGaN.
④ Materiales de película delgada
Debido a la amplia banda prohibida y la fuerte polarización de AlN, con un ancho de banda prohibido de 6,2eV, Los materiales de película delgada de nitruro de aluminio preparados a partir de ellos tienen muchas propiedades fisicoquímicas excelentes., como una alta intensidad de campo de ruptura, alta conductividad térmica, alta resistividad eléctrica, Alta estabilidad química y térmica, así como buenas propiedades ópticas y mecánicas., y se utilizan ampliamente como medios de aislamiento y materiales aislantes en el embalaje de dispositivos electrónicos y circuitos integrados..
La película AlN de alta calidad también tiene una velocidad de transmisión ultrasónica muy alta., pequeña pérdida acústica, constante de acoplamiento piezoeléctrico considerable, y si, GaAs similar al coeficiente de expansión térmica., etc., propiedades únicas lo hacen en la mecánica, microelectrónica, óptica, así como componentes electrónicos, dispositivos acústicos de ondas superficiales, La fabricación y las comunicaciones de banda ancha de alta frecuencia y otros campos tienen una amplia gama de aplicaciones..
Nitruro de aluminio para la industria de semiconductores
Actualmente, la preparación de la película de nitruro de aluminio aún se encuentra en la etapa de equipo complejo, caro y difícil de comercializar, y el método utilizado para preparar la película generalmente requiere que el sustrato se caliente a una temperatura más alta.. La preparación actual a baja temperatura de películas delgadas de nitruro de aluminio aún es inmadura e imperfecta. El desarrollo de dispositivos ópticos integrados., por otro lado, Requiere preparación de la película a temperaturas más bajas para evitar daños térmicos al material del sustrato.. Todavía queda mucho trabajo por hacer para mejorar el método de preparación de películas de nitruro de aluminio para obtener películas más densas., mas uniforme, Películas de nitruro de aluminio de mayor pureza y menor costo a temperaturas más bajas y condiciones de proceso más simples.
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