Diamond - Erdieroaleen etorkizuneko izarra

Zientzia eta teknologiaren garapen azkarrarekin eta errendimendu handiko eta eraginkortasun handiko erdieroaleen gailuak gero eta handiagoa da, semierra-substratu materialak, erdieroaleen industriaren katearen funtsezko lotura gisa, gero eta garrantzitsuagoak dira. Horien artean, diamantea, laugarren belaunaldiko "azken erdieroale" material gisa, pixkanaka ikerketa-hotspot bihurtzen ari da pixkanaka, sekulako substratu materialen arloan merkatuko gogokoen arloan.

Diamantearen propietateak

Diamantea kristal atomiko eta lotura kobalentezko kristal tipikoa da. Kristalaren egitura 1 (a) irudian ageri da. Erdiko karbono-atomoaz osatuta dago, lotura kobalente moduan beste hiru karbono-atomoei lotuta. 1. irudia (b) zelula unitarioaren egitura da, diamantearen aldizkakotasun mikroskopikoa eta egitura-simetria islatzen dituena.

1. irudia diamante (a) kristal egitura; (b) unitateko zelularen egitura

Diamond munduko materialik gogorrena da, propietate fisiko eta kimiko berezirik gabea, mekanika, elektrizitate eta optikoetan propietate bikainak ditu, 2. irudian erakusten den moduan: Diamond-ek gogortasun ultra-altua du, materialak eta koska eta abar mozteko egokia. ., eta ondo erabiltzen da tresna urratzaileetan; (2) Diamanteak didanaren eroankortasun termiko handiena du (2200W / ((m · k) orain arte ezagutzen diren substantzia naturalen artean, silizio karburoa (SIC) baino 4 aldiz handiagoa da, silizioa (SI) baino 13 aldiz handiagoa, 43 aldiz baino handiagoa Gallium Arsenide (GAAS), eta 4 eta 5 aldiz handiagoa kobrea eta zilarra baino, eta potentzia handiko gailuetan erabiltzen da. Hedapen termiko baxuko koefizientearen propietate bikainak ditu (0,8 × 10-6-1,5 × 10^-6K^-1) eta modilo elastiko altua. Packaging material elektroniko bikaina da, aukera onekin. 

Zuloaren mugikortasuna 4500 cm2 · v da^-1· S^-1eta elektroi mugikortasuna 3800 cm2 · v da^-1· S^-1, abiadura handiko kommutazio gailuetarako aplikagarria egiten duena; matxura-eremuaren indarra 13MV/cm-koa da, tentsio handiko gailuetan aplika daitekeena; Baliga merituaren zifra 24664 bezain altua da, hau da, beste material batzuk baino askoz handiagoa (zenbat eta handiagoa izan balioa, orduan eta potentzial handiagoa izango da gailuak aldatzeko erabiltzeko). 

Diamante polikristalinoak dekorazio efektua ere badu. Diamante estaldurak flash efektua ez ezik, hainbat kolore ere baditu. Goi-mailako erlojuak, luxuzko produktuetarako estaldura apaingarriak eta zuzenean moda produktu gisa erabiltzen da. Diamantearen indarra eta gogortasuna Corning beirarena 6 aldiz eta 10 aldiz handiagoa da, beraz, telefono mugikorren pantailetan eta kameraren lenteetan ere erabiltzen da.

2. irudia Diamantearen eta bestelako erdieroale materialen propietateak

Diamante prestatzea

Diamantearen hazkundea HTHP metodoan banatzen da (tenperatura eta presio handiko metodoa) etaCVD metodoa (lurrun-deposizio kimikoaren metodoa). CVD metodoa diamante erdieroaleen substratuak prestatzeko metodo nagusia bihurtu da presio handiko erresistentzia, irrati-maiztasun handia, kostu baxua eta tenperatura altuko erresistentzia bezalako abantailak direla eta. Bi hazkuntza-metodoek aplikazio ezberdinetan oinarritzen dira, eta harreman osagarria erakutsiko dute etorkizunean denbora luzez.

Tenperatura altuko eta presio handiko metodoa (HTHP) grafitoaren nukleoko zutabe bat egitea da, grafito hautsa, metal katalizatzailearen hautsa eta gehigarriak lehengaien formulak zehaztutako proportzioan nahastuz, eta gero granulatzea, prentsaketa estatikoa, hutsean murriztea, ikuskatzea, pisatzea. eta beste prozesu batzuk. Grafitoaren nukleoaren zutabea bloke konposatuarekin, pieza osagarriekin eta presio-transmisio-euskarri zigilatuekin muntatzen da bloke sintetiko bat osatzeko, diamante bakarreko kristalak sintetizatzeko erabil daitekeen. Horren ondoren, sei aldetako goiko prentsa batean jartzen da berotzeko eta presioratzeko eta denbora luzez etengabe mantentzen da. Kristalaren hazkuntza amaitu ondoren, beroa gelditzen da eta presioa askatzen da, eta zigilatutako presio transmisio-euskarria kentzen da zutabe sintetikoa lortzeko, gero araztu eta ordenatzen den diamante-kristal bakarrak lortzeko.

3. irudia Sei aldeko goiko prentsaren egitura-diagrama

Katalizatzaile metalikoak erabiltzearen ondorioz, HTHP metodo industrialaren bidez prestatutako diamante partikulek ezpurutasun eta akats jakin batzuk izan ohi dituzte, eta nitrogenoa gehitzearen ondorioz, tonu horia izan ohi dute. Teknologia berritu ondoren, tenperatura altuko eta presio handiko diamanteen prestaketak tenperatura-gradientearen metodoa erabil dezake partikula handien kalitate handiko diamante kristal bakarreak ekoizteko, diamante industrialaren urratzaile-kalifikazioa gema-kalifikaziora eraldaketaz jabetuz.

4. irudia Diamante morfologia

Lurrun-deposizio kimikoa (CVD) diamante-filmak sintetizatzeko metodorik ezagunena da. Metodo nagusien artean harizpi beroko lurrun-deposizio kimikoa (HFCVD) etamikrouhin-plasma-lurrun-deposizio kimikoa (MPCVD).

(1) Harizpi beroaren lurrun-jadapen kimikoa

HFCVDren oinarrizko printzipioa erreakzio-gasak tenperatura handiko metalezko alanbre batekin talka egitea da, hutsezko ganbera batean "kargatu gabeko" talde oso aktiboak sortzeko. Sortutako karbono atomoak substratuaren materialean metatzen dira nanodiamondak osatzeko. Ekipamendua funtzionatzeko erraza da, hazkunde kostu baxua du, oso erabilia da, eta erraza da industria ekoizpena lortzea. Deskonposizio termikoko eraginkortasuna eta hfcvd-ek, HFCVD, normalean, SP2 faseko karbono-ezpurutasun ugari dituzten diamante polikristalinoko film polikristalinoak prestatzeko erabiltzen da. Beraz, gris-beltza da .

5. irudia (a) HFCVD Ekipamenduaren diagrama, (b) hutsezko ganbera egituraren diagrama

(2) Mikrouhinen plasma lurrun-jadapen kimikoa

MPCVD metodoak magnetroia edo egoera solidoko iturria erabiltzen du maiztasun espezifikoko mikrouhinak sortzeko, erreakzio-ganbera uhin-gidaren bidez elikatzen direnak, eta substratuaren gainean uhin egonkorrak eratzen dituzte erreakzio-ganberaren dimentsio geometriko berezien arabera. 

Oso fokatutako eremu elektromagnetikoak erreakzio-gasak metanoa eta hidrogenoa hausten ditu hemen plasma-bola egonkor bat osatzeko. Elektroietan aberatsak, ioietan aberatsak eta talde atomiko aktiboak nukleatu eta haziko dira substratuan tenperatura eta presio egokian, hazkuntza homoepitaxiala poliki-poliki eraginez. HFCVD-rekin alderatuta, metalezko alanbre beroak lurruntzeak eragindako diamante-filmaren kutsadura saihesten du eta nanodiamante-filmaren purutasuna areagotzen du. Prozesuan HFCVD baino erreakzio-gas gehiago erabil daitezke, eta metatutako diamante-kristal bakarrak diamante naturalak baino puruagoak dira. Hori dela eta, gradu optikoko diamante polikristalino leihoak, gradu elektronikoko diamante kristal bakarrekoak eta abar prestatu daitezke.

6. irudia MPCVDren barne egitura

Diamantearen garapena eta dilema

1963an lehenengo diamante artifiziala arrakastaz garatu zenetik, 60 urte baino gehiagoko garapenaren ondoren, nire herrialdea munduko diamante artifizialaren ekoizpen handiena duen herrialdea bihurtu da, munduko % 90 baino gehiago hartzen duena. Hala ere, Txinako diamanteak gama baxuko eta ertaineko aplikazioen merkatuetan kontzentratzen dira batez ere, hala nola artezketa urratzailea, optika, ur zikinen tratamendua eta beste alor batzuetan. Etxeko diamanteen garapena handia da, baina ez da sendoa, eta desabantailan dago arlo askotan, hala nola goi-mailako ekipamenduetan eta maila elektronikoko materialetan. 

CVD diamanteen arloan lortutako lorpen akademikoei dagokienez, Estatu Batuetako ikerketak, Japonia eta Europa lidergoan daude, eta nire herrialdeko ikerketa original gutxi daude. "Bost urteko planaren" funtsezko ikerketaren eta garapenaren laguntzarekin, etxeko tamaina handiko diamantearen diamanteak spliced ​​spliced ​​spliced ​​spication crystals munduko lehen mailako posiziora jauzi egin dute. Kristal bakarreko epitaxial heterogeneoei dagokienez, tamaina eta kalitatearen hutsune handia dago oraindik, "14 urteko 14 urteko planoan" gainditu daitekeena.

Mundu osoko ikertzaileek diamanteen hazkuntzari, dopinari eta gailuen muntaketari buruzko ikerketa sakonak egin dituzte gailu optoelektronikoetan diamanteen aplikazioa gauzatzeko eta funtzio anitzeko material gisa diamanteen itxaropenak asetzeko. Hala ere, diamantearen banda-aldea 5,4 eV-koa da. Bere p motako eroankortasuna boro-doping bidez lor daiteke, baina oso zaila da n motako eroankortasuna lortzea. Hainbat herrialdetako ikertzaileek nitrogenoa, fosforoa eta sufrea bezalako ezpurutasunak dopatu dituzte kristal bakarrean edo diamante polikristalinotan, sareko karbono atomoak ordezkatzeko moduan. Hala ere, emaileen energia maila sakona edo ezpurutasunak ionizatzeko zailtasuna dela eta, ez da n motako eroankortasun ona lortu, eta horrek asko mugatzen du diamantean oinarritutako gailu elektronikoen ikerketa eta aplikazioa. 

Aldi berean, azalera handiko kristal bakarreko diamantea zaila da kristal bakarreko siliziozko obleak bezalako kantitate handietan prestatzea, hau da, diamanteetan oinarritutako gailu erdieroaleen garapenean, beste zailtasun bat. Goiko bi arazoek erakusten dute lehendik dagoen erdieroaleen dopinaren eta gailuen garapenaren teoria zaila dela diamante n motako dopinaren eta gailuen muntaketaren arazoak konpontzeko. Beharrezkoa da beste dopin-metodo eta dopatzaileak bilatzea, edota dopin eta gailuen garapen-printzipio berriak garatzea.

Prezio gehiegi handiek ere mugatzen dute diamanteen garapena. Silizioaren prezioarekin alderatuta, silizio karburoaren prezioa silizioarena baino 30-40 aldiz handiagoa da, galio nitruroaren prezioa silizioarena 650-1300 aldiz handiagoa da eta diamante sintetikoen materialen prezioa silizioarena 10.000 aldiz gutxi gorabehera. Prezio altuegiak diamanteen garapena eta aplikazioa mugatzen du. Kostuak nola murriztu garapenaren dilema hausteko aurrerapauso puntua da.

Ikuspegi

Diamanteko erdieroaleak garapenean zailtasunei aurre egiten badiote, oraindik ere, potentzia handiko, maiztasun handiko, tenperatura altuko eta potentzia txikiko galera gailu elektronikoak prestatzeko material itxaropentsuena dela uste da oraindik. Gaur egun, erdieroale beroenak silizio karburoak okupatzen ditu. Silizio karburoak diamantearen egitura du, baina bere atomoen erdia karbonoa da. Beraz, diamante erdi gisa har daiteke. Silizio karburoa Silicon Crystal aroko trantsizioko produktua izan behar da, diamanteko erdieroalearen aroera.

"Diamonds are forever, and one diamond lasts forever" esaldiak gaur arte famatu egin du De Beers izena. Diamante erdieroaleentzat, beste aintza mota bat sortzeak esplorazio iraunkor eta etengabea behar du.

VeTek Semiconductor Txinako fabrikatzaile profesionala daTantalo Karburozko Estaldura, Silizio-karburozko estaldura, GaN produktuak,Grafito berezia, Silizio karburo zeramikaetaBeste erdieroalearen zeramika. Vetek erdieroaleek konpromisoa hartu dute semozio aurreratuak eskaintzeko, erdieroaleen industriarako estaldurarako hainbat produktuetarako.

Kontsultarik baduzu edo xehetasun gehiago behar badituzu, ez izan zalantzarik eta jarri gurekin harremanetan.

MOB / WHATSAPP: + 86-180 6922 0752

Posta elektronikoa: anny@veteksemi.com