Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
Nitrure d'aluminium (AIN) à haute résistance, résistivité volumique élevée, haute tension d'isolement, coefficient de dilatation thermique, et le silicium s'accordent bien, etc., non seulement utilisé comme additif de frittage de céramique structurelle ou comme phase de renforcement, en particulier dans le domaine des substrats électroniques en céramique et des matériaux d'encapsulation ces dernières années, sa performance est bien supérieure à celle de l'alumine.
Matériaux en nitrure d'aluminium dans le domaine de l'électronique et de l'énergie électrique, locomotives, aviation et aérospatiale, défense nationale et industrie militaire, les communications et de nombreux domaines industriels ont de larges perspectives d’application et un large éventail de marchés potentiels. Les applications haut de gamme sont devenues très prisées avec le développement de matériaux cristallins de nitrure d'aluminium.. Parmi eux, l'application du nitrure d'aluminium dans le domaine des semi-conducteurs a attiré beaucoup d'attention.
Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
Caractéristiques de performance des matériaux en nitrure d'aluminium
Nitrure d'aluminium (AIN) est un composé lié de manière covalente avec une structure de zincite fibrillée hexagonale et un paramètre de réseau de a = 3.114 et c = 4.986. Le nitrure d'aluminium pur est de couleur blanc bleuâtre, et le nitrure d'aluminium se comporte à l'état normal, généralement dans une couleur grise ou blanc cassé. En tant que matériau à grand potentiel, le nitrure d'aluminium possède ces caractéristiques de performance:
① Propriétés thermiques
La conductivité thermique théorique de l'AlN est de 320 W/m-K, et la conductivité thermique de l'AlN polycristallin réellement préparé est généralement de 100 à 260 W/m-K.. La conductivité thermique à température ambiante est 10 à 15 fois supérieure à celle de l'Al2O3., qui est proche de celui de BeO (la conductivité thermique théorique est de 350 W/m-K), et la conductivité thermique est meilleure que celle de l'oxyde de béryllium lorsque la température est supérieure à 200°C. Dans la plage de 25 à 400°C, l'AIN pur a un coefficient de dilatation thermique de 4,4×10-6K-1, qui est similaire à celui du silicium (3.4×10-6K-1).
② Propriétés électriques
L'électronégativité à température ambiante de l'AIN pur est supérieure à 1014Ω-cm, qui est un bon matériau isolant; la constante diélectrique est d'environ 8.0 (1MHz), qui est comparable à celui de Al2O3; la perte diélectrique est 10-4 (1MHz), et la tension de tenue isolante est de 14KV-mm-1, et il a un coefficient de couplage électromécanique élevé (0.8%), piézoélectricité et pro-négativité.
③ Propriétés mécaniques
Température ambiante, Céramique AIN dense, dureté Vickers de 12GPa, Dureté de Mohs 7 ~ 8, Module d'Young de 308GPa, résistance à la flexion jusqu'à 350MPa, force avec la hausse de la température et le déclin est relativement lent, 1300 ℃ résistance à haute température supérieure à la résistance à température ambiante d'environ 20% inférieur, tandis que le pressage à chaud Si3N4, Al2O3 généralement pour réduire 50%.
④ Propriétés chimiques
L'AIN présente une excellente résistance à la corrosion à haute température, non infiltré par l'aluminium, cuivre, argent, mener, du nickel et de nombreux autres métaux, mais aussi dans certains sels fondus, comme l'arséniure de gallium dans le sel fondu de la stabilité de l'existence de l'AIN; L'AIN a une forte hygroscopique, et réagit très facilement avec la vapeur d'eau présente dans l'air; dans l'air, l'oxydation initiale de la température AIN de 700 ~ 800 ??. À pression atmosphérique, L'AIN ne fond pas, mais subit une décomposition thermique à 2260-2500℃.
Application du nitrure d'aluminium dans le domaine des semi-conducteurs
① Matériaux de substrat et matériaux d'emballage
Avec le développement fulgurant de la microélectronique et de la technologie des semi-conducteurs, les dispositifs à semi-conducteurs de puissance actuels doivent avoir à la fois une haute tension, Courant élevé, haute densité de puissance, petite taille et autres caractéristiques, la densité du flux thermique du substrat électronique a considérablement augmenté, maintenir un environnement de fonctionnement stable au sein de l'appareil est devenu une préoccupation majeure des problèmes techniques. Pour cette raison, les matériaux de substrat des circuits intégrés de puissance doivent avoir à la fois une bonne fiabilité mécanique et une conductivité thermique élevée.
Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
Maintenant, les matériaux de substrat d'emballage sont principalement utilisés dans les céramiques d'alumine ou les matériaux polymères, mais avec les exigences de plus en plus strictes concernant le substrat porteur des composants électroniques, leur conductivité thermique ne répond pas aux besoins de l'industrie, et les céramiques AlN sont considérées comme une nouvelle génération de substrat de dissipation thermique et idéales pour l'encapsulation d'appareils électroniques en raison de leur conductivité thermique élevée., le coefficient de dilatation thermique est proche des caractéristiques du silicium, haute résistance mécanique, stabilité chimique et non-toxicité de la protection de l'environnement.
Comparé au substrat céramique Al2O3 et au substrat céramique Si3N4, Le substrat céramique AlN présente ces avantages: l'utilisation d'un substrat céramique AlN comme support pour la puce, la puce peut être séparée du substrat de dissipation thermique du module, le milieu du substrat de la couche céramique AlN peut améliorer efficacement la capacité d'isolation du module (tension d'isolation de la couche céramique > 2.5KV), et le substrat en céramique de nitrure d'aluminium a une bonne conductivité thermique, conductivité thermique en plus, Le coefficient de dilatation du substrat céramique AlN est similaire à celui du silicium, ne causera pas de dommages dus au stress à la puce, résistance au pelage du substrat en céramique de nitrure d'aluminium> 20N/mm2, possède d'excellentes propriétés mécaniques, résistance à la corrosion, pas facile à déformer, peut être utilisé dans une large plage de températures.
② Traitement des plaquettes avec ventouses électrostatiques
Processus moderne de fabrication de semi-conducteurs dans le traitement des tranches avec un certain nombre de procédures, les plaquettes doivent être transmises dans les deux sens entre les centaines d'équipements de traitement, il est donc nécessaire d'avoir un dispositif pour serrer les plaquettes. Les ventouses électrostatiques peuvent être fixées par adsorption électrostatique sur la plaquette, la force d'adsorption est uniforme et stable, la plaquette ne se déformera pas pour garantir la précision et la propreté du traitement de la plaquette. Maintenant, la technologie commune des ventouses électrostatiques est principalement basée sur la céramique d'alumine ou la céramique de nitrure d'aluminium comme matériau principal. Pour le traitement ordinaire des plaquettes de silicium, l'alumine ou le saphir de haute pureté peuvent répondre aux exigences, mais s'il est utilisé dans le traitement de plaquettes de carbure de silicium, la conductivité thermique est insuffisante, doit utiliser du nitrure d'aluminium pour répondre aux exigences.
Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
Les avantages des ventouses électrostatiques en céramique de nitrure d'aluminium sont: peut contrôler sa résistivité volumique, obtenez une large gamme de températures et une adsorption complète, Les ventouses électrostatiques peuvent atteindre une bonne uniformité de température grâce au degré élevé de liberté de la conception du chauffage.; nitrure d'aluminium grâce au type de co-cuisson monobloc, il n'y aura aucune détérioration de l'électrode causée par le changement d'heure, le maximum pour protéger la qualité du produit; dans l'environnement sous vide plasma-halogène pour pouvoir Le nitrure d'aluminium peut être utilisé sous atmosphère plasma-halogène sous vide pour résister à l'environnement de processus le plus exigeant des semi-conducteurs et de la microélectronique, et il peut également fournir une force d'adsorption et un contrôle de la température stables. On entend dire que l'application du nitrure d'aluminium dans le domaine des semi-conducteurs dans les pays étrangers est devenue le principal marché pour les céramiques de nitrure d'aluminium., le haut de gamme des ventouses électrostatiques peut même être vendu entre des centaines de milliers de yuans et des millions de yuans, très “or”.
③ matériaux de substrat
Le cristal AlN est GaN, Substrat idéal pour les matériaux épitaxiaux AlGaN et AlN. Par rapport au substrat saphir ou SiC, L'AlN est plus compatible thermiquement et chimiquement avec le GaN, et la contrainte entre le substrat et la couche épitaxiale est plus petite. Pompe à piston de dosage en céramique, Cristaux d'AlN, lorsqu'il est utilisé comme substrats épitaxiaux GaN, peut réduire considérablement la densité de défauts dans l’appareil, améliorer les performances de l'appareil, et ont de bonnes perspectives d'application dans la préparation de haute température, haute fréquence, appareils électroniques de haute puissance.
Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
piles à combustible à oxyde solide, utilisant des cristaux d'AlN comme substrat pour des matériaux épitaxiaux AlGaN à haute teneur en aluminium (isolateurs en céramique pour appareils de chauffage) la composition peut également réduire efficacement la densité de défauts dans la couche épitaxiale de nitrure, améliorant considérablement les performances et la durée de vie des dispositifs semi-conducteurs au nitrure. Des détecteurs de store de haute qualité basés sur AlGaN ont été appliqués avec succès.
④ Matériaux à couches minces
En raison de la large bande interdite et de la forte polarisation de l'AlN, avec une largeur de bande interdite de 6,2eV, les matériaux en couches minces de nitrure d'aluminium préparés à partir de ceux-ci présentent de nombreuses excellentes propriétés physicochimiques, comme une intensité de champ de claquage élevée, haute conductivité thermique, haute résistivité électrique, haute stabilité chimique et thermique ainsi que de bonnes propriétés optiques et mécaniques, et sont largement utilisés comme supports d'isolation et matériaux isolants dans l'emballage d'appareils électroniques et de circuits intégrés..
Le film AlN de haute qualité présente également une vitesse de transmission ultrasonique très élevée, petite perte acoustique, constante de couplage piézoélectrique considérable, et Si, GaAs similaire au coefficient de dilatation thermique, etc., des propriétés uniques le rendent dans le domaine mécanique, microélectronique, optique, ainsi que des composants électroniques, appareils acoustiques à ondes de surface, la fabrication et les communications à large bande haute fréquence et d'autres domaines ont un large éventail d'applications.
Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
Maintenant, la préparation du film de nitrure d'aluminium est encore au stade d'équipement complexe, cher et difficile à commercialiser, et la méthode utilisée pour préparer le film nécessite généralement que le substrat soit chauffé à une température plus élevée. La préparation actuelle à basse température de films minces de nitrure d'aluminium est encore immature et imparfaite. Le développement de dispositifs optiques intégrés, d'autre part, nécessite une préparation du film à des températures plus basses pour éviter les dommages thermiques au matériau du substrat. Il reste encore beaucoup de travail à faire pour améliorer la méthode de préparation des films de nitrure d'aluminium afin d'obtenir des films plus denses., plus uniforme, films de nitrure d'aluminium d'une pureté plus élevée et d'un coût inférieur à des températures plus basses et dans des conditions de processus plus simples.
Nitrure d'aluminium pour l'industrie des semi-conducteurs
