RF, mikrodalga ve milimetre dalga cihazları için substrat sadece mekanik bir destek değildir.Termal davranış ve yüzey durumu doğrudan cihaz sızdırmasını etkileyebilir, RF kaybı, parçalanma davranışı ve epitaksyal verim.

Yarım yalıtımlı GaN levhaları, substrat üzerinden istenmeyen elektrik iletkenliğini bastırmak için tasarlanmıştır.Uydu iletişim sistemleri ve güçlü izolasyon ve kontrollü parazitik etkileri gerektiren diğer yüksek frekanslı cihazlar.

Bununla birlikte, sadece “yarı yalıtım GaN” olarak tanımlanan bir levha satın almak risklidir. Alıcılar ayrıca direnç, iplik dislokasyon yoğunluğu, telafi yöntemi, yüzey yönelimi,Wafer geometri ve denetim gereksinimleri.

Bu kılavuz, en önemli parametreleri açıklar ve yarı yalıtım kaynakları için pratik bir RFQ kontrol listesini sağlar.GaN levhaları.

Yarım yalıtımlı GaN Wafer Nedir?

Yarı yalıtımlı bir GaN levhası, iletken N tipi GaN'e kıyasla çok yüksek elektrik dirençli bir galyum nitrit substratıdır.

GaN doğal olarak kirlilikler ve doğal kusurlar nedeniyle kalıntı N tipi iletkenlik gösterme eğilimindedir.Bu ücretsiz taşıyıcılar derin seviye kabul edenler veya diğer kontrol edilen kusur mekanizmaları ile telafi edilmelidir..

Ortak tazminat yaklaşımları şunları içerir:

• Demir dopalı GaN, genellikle Fe olarak yazılır
• Karbon-kompensasyonlu GaN
• Özel veya araştırma uygulamalarında manganez doped GaN
• Dikkatlice kontrol edilen kasıtlı olarak doped veya yüksek dirençli GaN

Bu yaklaşımlar elektriksel olarak aynı değildir. Dopant konsantrasyonu ve dağılımı direnci, taşıyıcı tuzağını, sıcaklık istikrarını ve dinamik cihaz davranışını etkileyebilir.Fe-, C ve Mn-doplu HVPE GaN substratları, farklı kabul edici seviyeler ve iletkenlik özellikleri buldu ve alıcıların her yarı yalıtım levhasını eşdeğer olarak görmemeleri gerektiğini doğruladı.

RF cihazlarının neden yarı yalıtım altyapısı gerektirdiği

1- Cihaz İzolasyonu Geliştirildi.

RF entegre cihazlar aynı levha üzerinde birden fazla transistör, pasif bileşen ve iletim yapısı içerebilir.İletici bir substrat bileşenler arasında istenmeyen elektrik yolları oluşturabilir.

Yarım yalıtım altyapısı, komşu cihazları izole etmeye yardımcı olur ve altyapı ile ilgili sızıntıları azaltır.

2RF Substrat Kaybının Azaltılması

Yüksek frekanslarda, substratın içindeki iletken yollar RF enerjisini emer ve cihaz verimliliğini azaltır.

Bununla birlikte, RF kaybını kontrol eden tek faktör direnç değildir.Epitasyal tampon, arayüz kalitesi, tuzak dağılımı, dielektrik özellikleri ve cihaz düzenini de göz önünde bulundurmak gerekir.

3. Daha iyi OFF-State kontrolü

Bir elektrikli yalıtım platformu, cihazın daha istikrarlı bir şekilde sıkıştırılmasını destekler ve OFF durumunda çalışırken tampondan veya substrattan akışan istenmeyen akımı azaltmaya yardımcı olur.

Bu, yüksek voltajda veya yüksek RF güç yoğunluğunda çalışan AlGaN/GaN HEMT'ler için özellikle önemlidir.

4. GaN-on-GaN Homoepitaksi

Bağımsız bir GaN substratı, safir, silikon veya SiC gibi yabancı bir substrat yerine yerel bir GaN kristali üzerinde GaN epitaksyal katmanlarının yetiştirilmesine izin verir.

GaN üzerine GaN büyümesi, ızgara uyumsuzluğu ile ilgili stresi azaltabilir ve daha az kusurlu bir platform sağlayabilir.

Direnç: Doğrulanması gereken ilk elektrikli parametreler

Direnç, levhanın elektrik akımına ne kadar direndiğini gösterir.

Ω·cm

Mevcut 2 inçlik serbest duran yarı yalıtımlı GaN seçeneği, yukarıdaki direnci belirleyebilir.106 Ω·cm 300 K'daBu, evrensel bir RF endüstri standardı yerine ürün özel bir örnek olarak ele alınmalıdır. Farklı RF tasarımları farklı asgari değerler gerektirebilir.

Direnci verilerini talep ederken, alıcılar şunları onaylamalıdır:

• Asgari direnç değeri
• Ölçüm sıcaklığı
• Ölçüm yöntemi
• Ölçüm noktalarının sayısı ve konumu
• Merkezden kenara eşitlik
• Partiden partiye değişim
• Yüksek sıcaklıkta davranış
• Karşılaştırma dopantı veya mekanizması

Tek Bir Direnç Sayısı Neden Yeterli Değil?

Bir tedarikçi yalnızca en yüksek veya merkezi direnç değerini rapor edebilir.Bu, tüm kullanılabilir alanın gerekli elektrik özelliklerini karşılayıp karşılamadığını göstermez.

RF üretimi için, tam wafer direnç haritası veya çok noktalı ölçüm raporu tek merkez noktası sonucundan daha yararlıdır.

Alıcılar aynı zamanda mümkün olan en yüksek direncin otomatik olarak en iyi cihazı ürettiğini varsaymaktan kaçınmalıdır.Aşırı veya yetersiz derecede kontrol edilen derin seviyede doping, taşıyıcı tuzağına düşebilir ve dinamik cihaz performansını etkileyebilir..

GaN Wafer'de TDD Nedir?

TDD kısaltmasıFiltrasyon çıkış yoğunluğuGaN kristalinin tanımlanmış bir alanından geçen iplik dislokasyonlarının sayısını tanımlar ve genellikle şunlarda rapor edilir:

cm−2

Filtrasyon çıkışları aşağıdakilerle sınıflandırılabilir:

• Kenar çıkışları
• Vuruş çıkışları
• Karışık dislokasyonlar

Daha düşük bir TDD, genel olarak epitaksiyel büyüme için daha iyi bir platform sağlar ve daha iyi bir wafer tekdüzeliğini, daha az sızıntı ve daha yüksek cihaz güvenilirliğini destekleyebilir.TDD, yüzey kusurlarıyla birlikte değerlendirilmelidir., makro kusurları, doping tekdüzeliği ve sonradan ortaya çıkan epitaksyal yapının kalitesi.

Özgür duran GaN levhaları genellikle yüksek oranda uyumsuz yabancı substratlarda doğrudan yetiştirilen GaN katmanlarından daha düşük TDD sunar.Özgür duran yarı yalıtım GaN hakkında yayınlanan araştırmalar ayrıca 106 cm-2 seviyesinin etrafındaki TDD değerlerini bildirmektedir., ancak gerçek sonuç büyüme teknolojisine ve wafer kalitesine bağlıdır.

TDD Nasıl Ölçülmeli?

Farklı denetim yöntemleri farklı sonuçlar verebilir, bu nedenle RFQ hem TDD sınırını hem de gerekli ölçüm yöntemini belirtmelidir.

Genel yöntemler şunlardır:

• Katodoluminesans görüntüleme
• Çukur yoğunluğu ölçümü
• Yerelleştirilmiş analiz için iletim elektron mikroskopu
• Röntgen difraksiyonu salınım eğrisi ölçümleri
• Optik veya otomatik hata haritası

XRD FWHM, kristal kalitesi hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir, ancak otomatik olarak TDD ölçümünün doğrudan yerine geçmesi olarak değerlendirilmemelidir.

Tedarikçiden belirlemesini isteyin:

• Ölçüm yöntemi
• Denetlenen alan
• Kenar dışlanması
• Örnekleme modeli
• Ortalama ve maksimum değerler
• Sonuçun wafer düzeyinde veya parti düzeyinde olup olmadığı

Dirençlilik ve TDD Birlikte Değerlendirilmelidir

Bir wafer yüksek dirençli ancak kabul edilemez dislokasyon yoğunluğuna sahip olabilir.

RF uygulamaları için, aşağıdaki kombinasyon genellikle herhangi bir tek spesifikasyondan daha anlamlıdır:

Bağımsız GaN, GaN Şablonu veya GaN Epitaxial Wafer mi?

Bu ürünler genellikle satın alma sırasında karıştırılır.

Özgür duran yarı yalıtımlı GaN substratı

Tam mekanik vafra esas olarak GaN'den yapılır. Normalde HVPE gibi teknolojiler kullanarak üretilir ve daha sonra orijinal büyüme platformundan ayrılır.

Alıcı, özel homoepitaksiyel büyüme için yerel bir GaN substratı istediğinde uygundur.

Yarı yalıtım GaN Şablonu

Bir GaN şablonu normalde safir, silikon veya başka bir taşıyıcı substrat üzerinde yetiştirilen bir GaN katmanından oluşur.

Şablonlar daha ekonomik olabilir, ancak TDD'leri, termal özellikleri, stresleri ve elektrik davranışları bağımsız GaN'lerden farklıdır.

GaN RF Epitaxial Wafer

Bir epitaksiyel levha, nükleasyon katmanları, tampon katmanları, GaN kanalları, AlN ara katmanları, AlGaN bariyerleri ve kapak katmanları gibi cihaz katman yapısını içerir.

Bir RF epitaksyal levha sipariş ederken, altyapının yanı sıra, tam katman yapısı da belirtilmelidir.

RF GaN Wafer RFQ için Anahtar Özellikler

2-inç yarı yalıtımlı GaN wafer için örnek RFQ

Aşağıdaki örnek bir tedarikçiye gönderilebilir ve cihaz sürecine göre ayarlanabilir:

Ürün:Özgür duran GaN yarı yalıtımlı substrat
Uygulama:AlGaN/GaN RF HEMT epitaksyal büyüme
Çapraz:50.8 mm
Yönlendirme:C düzlemi (0001)
Yüzey kutupluğu:Ga yüzü.
Kalınlığı:330 ± 25 μm
İleticilik:Yarı yalıtım
Direnç:300 K'da 106 Ω·cm'den büyük
TDD:5 × 106 cm−2'den az
TTV:En fazla 15 μm
Yumruk:En fazla 20 μm
Ön yüzey:Epi-hazır cilalanmış
Yüzey Kabalığı:Ra 0.2 nm'den aşağı
Arka yüzey:İyi öğütülmüş veya cilalanmış
Kullanılabilir alan:% 90'dan fazla
Denetim:Direnç, TDD, TTV, yay, AFM ve optik kusur raporu
Mülkiyet:5 adet nitelik, ardından pilot üretim
Paketleme:Azot altında ayrı temiz oda plaka konteyneri

Yukarıdaki değerler bir satın alma konfigürasyon örneğidir. Son kabul sınırları epitaksiyal reaktöre, RF cihaz yapısına ve mevcut levha kalitesine göre onaylanmalıdır.

Alışverişte Yapılan Genel Hatalar

Ürün biçimini tanımlamadan “Yarı yalıtım GaN” siparişi

Bir şablon, serbest duran substrat ve bitmiş epi vafeleri farklı ürünlerdir.

Sıcaklık olmadan direnç belirleme

Elektriksel özellikler sıcaklıkla değişebilir. RFQ, normalde 300 K'dan başlayan ölçüm sıcaklığını tanımlamalıdır.

Bir ölçüm yöntemi olmadan TDD'yi kabul etmek

İki tedarikçi farklı denetim yöntemleri kullanabilir ve doğrudan karşılaştırılabilir olmayan sonuçlar rapor edebilir.

Dopant ve tazminat türünü görmezden gelmek

Fe-doped, karbon-kompensasyonlu ve diğer yarı yalıtım GaN malzemeleri farklı haplama ve sıcaklığa bağlı davranış gösterebilir.

Sadece Kristal Niteliklere Dikkat Edin

Düşük TDD'li bir wafer, TTV, yay, yüzey kabalığı veya kenar kalitesi müşteri ekipmanları için uygun değilse, işlem sorunlarına neden olabilir.

Örnek Sınıflandırmayı Atlamak

RF alıcıları normalde bir üretim siparişini onaylamadan önce küçük bir nitelikli partiyi test etmelidir. Wafer kabulü hem gelen denetime hem de gerçek epitaksiyel veya cihaz sonuçlarına dayanmalıdır.

Sıkça Sorulan Sorular

RF GaN substratı için ne kadar direnç gereklidir?

Her RF cihazı için uygun tek bir değer yoktur. Bazı bağımsız GaN ürünleri için başlangıç noktası olarak 300 K'da 106 Ω · cm'den yüksek bir spesifikasyon kullanılabilir.Ancak nihai gereksinim cihaz yapısından belirlenmelidir., frekans, voltaj ve izolasyon hedefi.

Daha düşük bir TDD her zaman daha iyi midir?

Daha düşük TDD genel olarak arzu edilir, ancak tek kalite göstergesi değildir.Wafer geometri ve epitaksiyel süreç de nihai cihaz performansını etkiler.

Fe-doped ve dopedilmemiş yarı yalıtım GaN arasındaki fark nedir?

Fe-doped GaN, kalıntı taşıyıcıları telafi etmek için demirle ilgili derin kabul edici seviyeleri kullanır.Alıcılar sadece ürün adına güvenmek yerine gerçek tazminat yöntemini ve elektrik karakterizasyonunu talep etmelidir..

Yarı yalıtım GaN güç cihazları için kullanılabilir mi?

Evet, substrat yalıtımı gerektiren yan güç ve RF cihazları için kullanılabilir.Akımın substrattan geçmesi gereken dikey aygıt yapıları için genel olarak daha uygun olan N tipi iletken GaN.

4 inçlik yarı yalıtımlı GaN levhaları var mı?

Seçili tedarikçilerden hem 2 inç hem de 4 inçlik ürünler mevcuttur, ancak cihaz tasarımı nihai hale getirilmeden önce 4 inçlik kullanılabilirlik, sınıf, teslim süresi ve kullanılabilir alan özellikleri onaylanmalıdır.

Ön yüzey SSP mi DSP mi olmalı?

Bir epi-hazır tek taraflı cilalı bir yüzey birçok epitaksiyel işlem için yeterlidir.Optik inceleme veya özel cihaz işleme.

Sonuçlar

Yarım yalıtımlı GaN levhaları RF HEMT'leri, mikrodalga cihazları ve yüksek frekanslı araştırmalar için değerli bir yerli substrat platformu sağlayabilir.Başarılı bir satın alma, yüksek dirençli bir GaN levhasını talep etmekten daha fazlasını gerektirir.

Alıcılar RFQ'da ürün biçimini, dirençliliğini, telafi yöntemini, TDD'yi, yüzey yönelimini, wafer geometrisini, cilalama durumunu ve denetim yöntemini tanımlamalıdır.

Teklif ve teknik değerlendirme için şunları belirtin:

• Uygulama ve beklenen sıklık
• Serbest duran substrat, şablon veya epi-plaka gereksinimleri
• Çaprağı ve kalınlığı
• Yönlendirme ve kesim dışı
• Minimum direnç
• Maksimum TDD
• Yüzey ve geometri gereksinimleri
• Denetim raporları
• Kalifikasyon ve üretim miktarları

A complete specification allows the supplier to recommend a realistic wafer grade and reduces the risk of receiving material that meets a basic datasheet but does not perform correctly in the RF process.