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Was ist der Halbleiterwafer?
Ein Halbleiterwafer ist eine dünne, runde Scheibe aus Halbleitermaterial, die als Grundlage für die Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) und anderer elektronischer Geräte dient. Der Wafer bietet eine ebene und gleichmäßige Oberfläche, auf der verschiedene elektronische Komponenten aufgebaut werden.
Der Wafer-Herstellungsprozess umfasst mehrere Schritte, darunter das Züchten eines großen Einkristalls des gewünschten Halbleitermaterials, das Schneiden des Kristalls in dünne Wafer mit einer Diamantsäge und das anschließende Polieren und Reinigen der Wafer, um etwaige Oberflächendefekte oder Verunreinigungen zu entfernen. Die resultierenden Wafer weisen eine äußerst ebene und glatte Oberfläche auf, die für die nachfolgenden Herstellungsprozesse von entscheidender Bedeutung ist.
Sobald die Wafer vorbereitet sind, durchlaufen sie eine Reihe von Halbleiterherstellungsprozessen wie Fotolithographie, Ätzen, Abscheiden und Dotieren, um die komplizierten Muster und Schichten zu erzeugen, die für den Aufbau elektronischer Komponenten erforderlich sind. Diese Prozesse werden auf einem einzelnen Wafer mehrfach wiederholt, um mehrere integrierte Schaltkreise oder andere Geräte zu erstellen.
Nach Abschluss des Herstellungsprozesses werden die einzelnen Chips durch Zerteilen des Wafers entlang vordefinierter Linien getrennt. Die getrennten Chips werden dann verpackt, um sie zu schützen und elektrische Verbindungen für die Integration in elektronische Geräte bereitzustellen.
Verschiedene Materialien auf Wafer
Halbleiterwafer werden aufgrund seines Vorkommens, seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften und seiner Kompatibilität mit Standard-Halbleiterherstellungsprozessen hauptsächlich aus einkristallinem Silizium hergestellt. Abhängig von den spezifischen Anwendungen und Anforderungen können jedoch auch andere Materialien zur Herstellung von Wafern verwendet werden. Hier einige Beispiele:
Siliziumkarbid (SiC) ist ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke, das im Vergleich zu herkömmlichen Materialien überlegene physikalische Eigenschaften bietet. Es trägt dazu bei, die Größe und das Gewicht einzelner Geräte, Module und sogar ganzer Systeme zu reduzieren und gleichzeitig die Effizienz zu verbessern.
Hauptmerkmale von SiC:
- -Große Bandlücke:Die Bandlücke von SiC ist etwa dreimal so groß wie die von Silizium, sodass es bei höheren Temperaturen von bis zu 400 °C betrieben werden kann.
- -Hochkritisches Ausfallfeld:SiC kann bis zu zehnmal dem elektrischen Feld von Silizium standhalten und ist daher ideal für Hochspannungsgeräte.
- -Hohe Wärmeleitfähigkeit:SiC leitet Wärme effizient ab und trägt so dazu bei, dass Geräte optimale Betriebstemperaturen aufrechterhalten und ihre Lebensdauer verlängern.
- -Hohe Sättigungselektronendriftgeschwindigkeit:Mit der doppelten Driftgeschwindigkeit von Silizium ermöglicht SiC höhere Schaltfrequenzen und trägt so zur Miniaturisierung von Geräten bei.
Anwendungen:
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-Leistungselektronik:SiC-Leistungsgeräte zeichnen sich durch eine hervorragende Leistung in Hochspannungs-, Hochstrom-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzumgebungen aus und verbessern die Effizienz der Energieumwandlung erheblich. Sie werden häufig in Elektrofahrzeugen, Ladestationen, Photovoltaikanlagen, im Schienenverkehr und in intelligenten Netzen eingesetzt.
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-Mikrowellenkommunikation:SiC-basierte GaN-HF-Geräte sind für die drahtlose Kommunikationsinfrastruktur, insbesondere für 5G-Basisstationen, von entscheidender Bedeutung. Diese Geräte kombinieren die hervorragende Wärmeleitfähigkeit von SiC mit der Hochfrequenz- und Hochleistungs-HF-Ausgabe von GaN und sind damit die bevorzugte Wahl für Hochfrequenz-Telekommunikationsnetzwerke der nächsten Generation.
Galliumnitrid (GaN)ist ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke der dritten Generation, hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Elektronensättigungsdriftgeschwindigkeit und hervorragenden Durchbruchfeldeigenschaften. GaN-Geräte haben breite Anwendungsaussichten in Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbereichen wie energiesparender LED-Beleuchtung, Laserprojektionsdisplays, Elektrofahrzeugen, intelligenten Netzen und 5G-Kommunikation.
Galliumarsenid (GaAs)ist ein Halbleitermaterial, das für seine hohe Frequenz, hohe Elektronenmobilität, hohe Ausgangsleistung, geringes Rauschen und gute Linearität bekannt ist. Es wird häufig in der Optoelektronik- und Mikroelektronikindustrie eingesetzt. In der Optoelektronik werden GaAs-Substrate zur Herstellung von LEDs (Leuchtdioden), LDs (Laserdioden) und Photovoltaikgeräten verwendet. In der Mikroelektronik werden sie bei der Herstellung von MESFETs (Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), HEMTs (Transistoren mit hoher Elektronenmobilität), HBTs (Bipolartransistoren mit Heteroübergang), ICs (integrierten Schaltkreisen), Mikrowellendioden und Hall-Effekt-Bauelementen eingesetzt.
Indiumphosphid (InP)ist einer der wichtigen III-V-Verbindungshalbleiter, bekannt für seine hohe Elektronenmobilität, ausgezeichnete Strahlungsbeständigkeit und große Bandlücke. Es wird häufig in der Optoelektronik- und Mikroelektronikindustrie eingesetzt.
