Nitruro di alluminio per l'industria dei semiconduttori
Nitruro di alluminio (Al N) con elevata resistenza, resistività ad alto volume, alta tensione di isolamento, coefficiente di dilatazione termica, e il silicio si abbinano bene, eccetera., non solo utilizzato come additivi di sinterizzazione di ceramiche strutturali o fase di rinforzo, soprattutto nel campo del substrato elettronico ceramico e dei materiali di incapsulamento negli ultimi anni, le sue prestazioni sono molto più elevate di quelle dell'allumina.
Materiali in nitruro di alluminio nel campo dell'elettronica e dell'energia elettrica, locomotive, aeronautica e aerospaziale, difesa nazionale e industria militare, le comunicazioni e molti settori industriali hanno ampie prospettive applicative e un'ampia gamma di mercati potenziali. Le applicazioni di fascia alta sono diventate calde con lo sviluppo di materiali cristallini di nitruro di alluminio. Tra loro, l'applicazione del nitruro di alluminio nel campo dei semiconduttori ha attirato molta attenzione.
Nitruro di alluminio per l'industria dei semiconduttori
Caratteristiche prestazionali dei materiali in nitruro di alluminio
Nitruro di alluminio (Al N) è un composto legato in modo covalente con una struttura di zincite fibrillata esagonale e un parametro reticolare di a = 3.114 e c = 4.986. Il nitruro di alluminio puro è di colore bianco-bluastro, e il nitruro di alluminio si comporta nello stato normale solitamente in un colore grigio o biancastro. Come materiale con un grande potenziale, possiede il nitruro di alluminio queste caratteristiche prestazionali:
① Proprietà termiche
La conduttività termica teorica dell'AlN è 320 W/m-K, e la conduttività termica dell'AlN policristallino effettivamente preparato è generalmente 100~260 W/m-K. La conduttività termica a temperatura ambiente è 10~15 volte quella di Al2O3, che è vicino a quello di BeO (la conducibilità termica teorica è di 350 W/m-K), e la conduttività termica è migliore di quella dell'ossido di berillio quando la temperatura è superiore a 200°C. Nell'intervallo 25~400°C, l'AIN puro ha un coefficiente di dilatazione termica di 4,4×10-6K-1, che è simile a quello del silicio (3.4×10-6K-1).
② Proprietà elettriche
L'elettronegatività a temperatura ambiente dell'AIN puro è superiore a 1014Ω-cm, che è un buon materiale isolante; la costante dielettrica è circa 8.0 (1MHz), che è paragonabile a quello di Al2O3; la perdita dielettrica è 10-4 (1MHz), e la tensione di tenuta isolante è 14KV-mm-1, ed ha un elevato coefficiente di accoppiamento elettromeccanico (0.8%), piezoelettricità e pro-negatività.
③ Proprietà meccaniche
Temperatura ambiente, densa ceramica AIN durezza Vickers di 12GPa, Durezza di Mohs 7 ~ 8, Modulo di Young di 308GPa, resistenza alla flessione fino a 350 MPa, forza con l’aumento della temperatura e il declino è relativamente lento, 1300 ℃ resistenza alle alte temperature rispetto alla resistenza alla temperatura ambiente di circa 20% inferiore, mentre la pressatura a caldo Si3N4, Al2O3 generalmente da ridurre 50%.
④ Proprietà chimiche
AIN ha un'eccellente resistenza alla corrosione ad alta temperatura, non infiltrato da alluminio, rame, argento, Tubo di protezione del riscaldatore al nitruro di silicio, nichel e molti altri metalli, ma anche in certi sali fusi, come l'arseniuro di gallio nel sale fuso della stabilità dell'esistenza dell'AIN; AIN ha una forte igroscopicità, ed è molto facile reagire con il vapore acqueo presente nell'aria; nell'aria, l'ossidazione iniziale della temperatura AIN di 700 ~ 800 Ra0.1. A pressione atmosferica, L'AIN non si scioglie, ma subisce una decomposizione termica a 2260-2500 ℃.
Applicazione del nitruro di alluminio nel campo dei semiconduttori
① Materiali di supporto e materiali di imballaggio
Con il boom dello sviluppo della microelettronica e della tecnologia dei semiconduttori, gli attuali dispositivi a semiconduttore di potenza devono avere entrambi alta tensione, corrente elevata, alta densità di potenza, piccole dimensioni e altre caratteristiche, la densità del flusso di calore del substrato elettronico è aumentata notevolmente, mantenere un ambiente operativo stabile all'interno del dispositivo è diventata una preoccupazione fondamentale delle questioni tecniche. Per questa ragione, i materiali del substrato nei circuiti integrati di potenza devono avere sia una buona affidabilità meccanica che un'elevata conduttività termica.
Nitruro di alluminio per l'industria dei semiconduttori
Attualmente, i materiali del substrato dell'imballaggio sono utilizzati principalmente in ceramica di allumina o materiali polimerici, ma con i requisiti sempre più severi per il substrato portante delle parti elettroniche, la loro conduttività termica non soddisfa le esigenze dell'industria, e le ceramiche AlN sono considerate una nuova generazione di substrati di dissipazione termica e l'ideale per l'incapsulamento di dispositivi elettronici grazie alla sua elevata conduttività termica, il coefficiente di dilatazione termica è vicino alle caratteristiche del silicio, si forma un eutettico rame-ossigeno che si lega con successo sia al rame che agli ossidi usati come substrati, stabilità chimica e protezione ambientale non tossicità Materiale.
Rispetto al substrato ceramico Al2O3 e al substrato ceramico Si3N4, Il substrato ceramico AlN presenta questi vantaggi: l'uso del substrato ceramico AlN come supporto per il chip, il chip può essere separato dal substrato di dissipazione del calore del modulo, la parte centrale del substrato dello strato ceramico AlN può migliorare efficacemente la capacità di isolamento del modulo (tensione di isolamento dello strato ceramico > 2.5Kv), e il substrato ceramico in nitruro di alluminio ha una buona conduttività termica, conducibilità termica Inoltre, Il coefficiente di espansione del substrato ceramico AlN è simile al silicio, non causerà danni da stress al chip, resistenza alla pelatura del substrato ceramico in nitruro di alluminio> 20N/mm2, ha eccellenti proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione, non facile da deformazione, può essere utilizzato in un ampio intervallo di temperature.
② Lavorazione wafer con ventose elettrostatiche
Moderno processo di produzione di semiconduttori nella lavorazione dei wafer con una serie di procedure, i wafer devono essere trasmessi avanti e indietro tra centinaia di apparecchiature di processo, quindi è necessario un dispositivo per bloccare i wafer. Le ventose elettrostatiche possono essere fissate mediante adsorbimento elettrostatico al wafer, la forza di assorbimento è uniforme e stabile, il wafer non si deformerà e non si deformerà per garantire la precisione e la pulizia della lavorazione del wafer. Attualmente, la comune tecnologia delle ventose elettrostatiche si basa principalmente sulla ceramica di allumina o sulla ceramica di nitruro di alluminio come materiale principale. Per la normale lavorazione dei wafer di silicio, l'allumina o lo zaffiro di elevata purezza possono soddisfare i requisiti, ma se utilizzato nella lavorazione di wafer di carburo di silicio, la conduttività termica è insufficiente, deve utilizzare nitruro di alluminio per soddisfare i requisiti.
Nitruro di alluminio per l'industria dei semiconduttori
I vantaggi delle ventose elettrostatiche in ceramica al nitruro di alluminio sono:: può controllare la sua resistività di volume, ottenere un'ampia gamma di temperature e un assorbimento completo, le ventose elettrostatiche possono raggiungere una buona uniformità di temperatura grazie all'elevato grado di libertà del design del riscaldatore; nitruro di alluminio attraverso il tipo a co-combustione monopezzo, non ci sarà alcun deterioramento dell'elettrodo causato dal cambio di orario, il massimo per tutelare la qualità del prodotto; nell'ambiente sotto vuoto plasma-alogeno per essere in grado di Il nitruro di alluminio può essere utilizzato in atmosfera sotto vuoto plasma-alogeno per resistere all'ambiente di processo più impegnativo di semiconduttori e microelettronica, e può anche fornire una forza di assorbimento stabile e un controllo della temperatura. Si dice che l'applicazione del nitruro di alluminio nel campo dei semiconduttori all'estero sia diventata il mercato principale per le ceramiche del nitruro di alluminio, l'estremità più alta delle ventose elettrostatiche può anche essere venduta a centinaia di migliaia di yuan o milioni di yuan, molto “oro”.
③ materiali del substrato
Il cristallo AlN è GaN, Substrato ideale del materiale epitassiale AlGaN e AlN. Rispetto al substrato in zaffiro o SiC, AlN è più termicamente e chimicamente compatibile con GaN, e la sollecitazione tra il substrato e lo strato epitassiale è minore. Dunque, Cristalli AlN, quando utilizzati come substrati epitassiali GaN, può ridurre significativamente la densità dei difetti nel dispositivo, migliorare le prestazioni del dispositivo, e hanno buone prospettive di applicazione nella preparazione di alte temperature, alta frequenza, dispositivi elettronici ad alta potenza.
Nitruro di alluminio per l'industria dei semiconduttori
Inoltre, utilizzando cristalli AlN come substrato per materiali epitassiali AlGaN con alto contenuto di alluminio (Al) la composizione può anche ridurre efficacemente la densità dei difetti nello strato epitassiale di nitruro, migliorando notevolmente le prestazioni e la durata dei dispositivi a semiconduttore di nitruro. Sono stati applicati con successo rilevatori diurni di alta qualità basati su AlGaN.
④ Materiali a film sottile
A causa dell'ampio gap di banda e della forte polarizzazione di AlN, con una larghezza di banda vietata di 6,2 eV, i materiali a film sottile di nitruro di alluminio preparati da essi hanno molte eccellenti proprietà fisico-chimiche, come l'elevata intensità del campo di rottura, alta conducibilità termica, elevata resistività elettrica, elevata stabilità chimica e termica nonché buone proprietà ottiche e meccaniche, e sono ampiamente utilizzati come mezzi di isolamento e materiali isolanti nell'imballaggio di dispositivi elettronici e circuiti integrati.
La pellicola AlN di alta qualità ha anche una velocità di trasmissione degli ultrasuoni molto elevata, piccola perdita acustica, notevole costante di accoppiamento piezoelettrico, e Si, GaAs simile al coefficiente di dilatazione termica, eccetera., proprietà uniche lo rendono meccanico, microelettronica, Alta corrosione, così come i componenti elettronici, dispositivi acustici ad onde superficiali, la produzione e le comunicazioni a banda larga ad alta frequenza e altri campi hanno una vasta gamma di applicazioni.
Nitruro di alluminio per l'industria dei semiconduttori
Attualmente, la preparazione della pellicola di nitruro di alluminio è ancora in fase di attrezzatura complessa, costoso e difficile da commercializzare, e il metodo utilizzato per preparare la pellicola solitamente richiede che il substrato venga riscaldato a una temperatura più elevata. L'attuale preparazione a bassa temperatura dei film sottili di nitruro di alluminio è ancora immatura e imperfetta. Lo sviluppo di dispositivi ottici integrati, d'altra parte, richiede la preparazione della pellicola a temperature più basse per evitare danni termici al materiale del substrato. C'è ancora molto lavoro da fare per migliorare il metodo di preparazione dei film di nitruro di alluminio per ottenere film più densi, più uniforme, pellicole di nitruro di alluminio di maggiore purezza e di costo inferiore a temperature più basse e condizioni di processo più semplici.
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