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從硅半導體晶圓到未來的氮化鎵晶圓

半導體晶圓幾乎用于所有電子產(chǎn)品，包括智能手機、電腦和汽車。正如該術(shù)語所表明的那樣，半導體既不是導體也不是絕緣體，而是介于中間的某種東西。他們可以控制他們傳導多少電流，從而適應每個單獨的應用程序。

硅?是應用最廣泛的半導體材料，幾乎出現(xiàn)在每一個電子設備中。

它確實能夠在高溫或高頻下執(zhí)行大多數(shù)任務，但它可能需要其他半導體材料的支持，例如氮化鎵 (GaN)。盡管在某些情況下新材料正在取代硅，但硅仍然是迄今為止成本最低的最主要的半導體基礎材料。因此，對于下一代半導體材料，硅晶片經(jīng)常被用作基礎載體材料。

硅以圓木或圓柱形“錠”的形式生產(chǎn)，然后切成非常薄的圓形半導體盤，也稱為晶片，通常不到一毫米厚。電子電路可以定義或用作此類半導體晶片上的其他半導體材料（例如 GaN）的基礎襯底。

外延是涂層方法。氣體和金屬在精心控制的條件下和過程中的高溫下與基材發(fā)生反應。GaN納米線或薄層可以以這種方式在晶片上“生長”。GaN 基元素可以在下一代半導體晶片中找到。

然后將完成的晶片切成郵票大小的片并封裝。通常，封裝的半導體被稱為微芯片或簡稱為芯片。這些是允許電子設備運行的大腦和記憶。芯片上有數(shù)百萬個晶體管。設備中晶體管的數(shù)量越多，它完成任務的速度就越快。

逐步制造 GaN 材料的半導體晶片

在GaN半導體的實驗開發(fā)中，可以用藍寶石代替硅。下文所述的制造步驟對于兩種基板來說大致相同。然而，GaN 的培養(yǎng)或生長在硅上更加困難，因為磁盤容易因機械應力而破裂，除非生長特定層來抵消壓力。不同的層可以例如由GaN、AlGaN或InGaN組合。除其他外，“配方”是使 GaN 半導體獨一無二的原因。該配方對于材料生長和控制氣體成分以及溫度和壓力曲線至關重要。RISE 晶體生長專家從藍寶石開始開發(fā)過程，當針對特定創(chuàng)新改進配方時，將其用于硅襯底。

步驟 1. MOCVD 生長前的基板清洗

在化學實驗室，一名實驗室工程師檢查并清潔通風柜中的底板。在這里，他為圖案生長或 MOCVD（代表金屬有機化學氣相沉積）做準備。ProNano 的 MOCVD 反應器的大容量意味著可以在一輪中外延生長七個 50 毫米圓盤，或者在一輪中生長一個 150 毫米圓盤。當較小的磁盤增長時，并不總是使用全部容量，七個位置只使用一兩個磁盤。例如，這可以用于工藝開發(fā)中的實驗目的或校準生長反應器的工藝參數(shù)，例如溫度、壓力或氣流。對于均勻的生長條件，空位需要填充相同尺寸和基板材料的圓盤，在下面的示例中：

從可持續(xù)性的角度來看，為了管理資源，藍寶石磁盤被重復使用。這是通過蝕刻或清潔來完成的，使用加熱的氫氧化鉀 (KOH) 從藍寶石盤的頂表面去除所有氮化鎵 (GaN)。藍寶石圓盤放置在支架中并浸入蝕刻劑中。

由于蝕刻劑需要加熱以實現(xiàn)對藍寶石圓盤的快速有效清潔，因此將圓盤浸入控制溫度和體積的熱水浴中。

為了達到蝕刻劑的正確溫度，必須在水浴中使用正確體積的水。

清潔過程完成后，藍寶石圓盤在過濾的去離子水中沖洗，并用加壓氮氣干燥。然而，這會在表面上留下一層薄薄的水，通過在 100°C 以上的烤箱中加熱磁盤來去除水。

清潔后，使用氮氣槍將藍寶石切片吹干。

步驟 2. 使用掃描電子顯微鏡進行圖案制作和表征

在納米結(jié)構(gòu)可以生長之前，潔凈的圓盤在潔凈室中經(jīng)過許多過程，例如沉積、旋轉(zhuǎn)和蝕刻。這會在磁盤的整個表面上形成納米級的空腔圖案。空腔用于確定將在何處創(chuàng)建或不創(chuàng)建納米結(jié)構(gòu)。質(zhì)量，如大小、分布和純度，可以用掃描電子顯微鏡有效地測量。圖案的尺寸會影響外延生長的輸入?yún)?shù)，因此是制造高質(zhì)量半導體材料的必要步驟。

　　審核編輯：湯梓紅