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暴力講解半導體中的“氮化硅”
2019年11月13日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:355
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今天小編要給大家坐下來嘮嘮氮化個東西。這個東西大家平常都不怎么看到但是我可以跟你講,你們每個人身上一定能找到這個物質(看下圖)。神奇吧!那為啥明明存在你卻看不到了?


可以很囂張的說沒有氮化硅,就沒有今天如此普及的電子產品。記住,我們現在電子系統都是以硅基為基礎的這里就包括了硅,以及氮化硅氧化硅,氮氧化硅等那隨著近期的科技發展技術朝向另外一個方向叫做碳基電子意思就是所有現在硅材料都要換成碳材料為啥了?硅與碳都化學周期表種第四主族元素具有類似電學性能但是碳基點在具有比硅基更優秀的地方在于碳基具備“柔性,延展性”這些特征從而產生更多奇妙的應用。更貼切一個例子人身體其實就是一個碳基的電子系統我們大腦神經傳遞電信號都是基于有機物的我們肌肉視覺,聽覺,觸覺都是基于一系列的化學反應產生的電信號使大腦產生了對應感受。從這個思路想下去那么是不是“人造人”就指日可待了?

貌似跑遠了,回來一下本文主角氮化硅看看它到底都用在哪里?

目前我么使用電子系統最基礎的開關單元MOSFET(metal-oxidefieldeffecttransistor)這個東西了,大概長這樣的(小編手動畫圖質量非上乘,輕噴)主要由5個小結構構成,分別是半導體層,源極(S)漏極(D)絕緣層(GI),以及柵極(G),其中semiconductor了目前主流的都是硅,現在也逐漸由氮化鎵砷化鎵碳化硅等等這些材料記住一個特點它們都是半導體(私密康打可特)

首先聊聊SDG依照不同的工藝會有不同的選擇一般再面板行業只要AlTiMo這種金屬便宜。主要作用是導電半導體里因為功率的考慮會采用Cu目前3nm以下的工藝金屬Co也再逐漸被關注所以,群里的大拿可以思考提前布局一下。這些金屬使怎么做上去了這里有必要再多講一點跟粉友都有關。

我們在之前的系列文章中提到過這種二維材料的加工方式,有一種就是PVD(physicvapordeposition),像這個金屬層,基本都是用這個工藝來實現的這個工藝種涉及一種材料就是我們講的靶材靶材是怎么做的了?簡單講就是將塊狀金屬材料搞成粉體然后在通過壓力將它們壓成一個餅(靶材)然后bonding到一個銅板上。就我這個輕描淡寫的幾句國內高端的靶材還是依賴進口。國內像XX電子在做這一塊基本上都低附加值的金屬靶材說著都心痛最肥的肉都給別人吃。據我所知困難點就是在純度研磨后形態以及后續的壓縮過程如晶粒取向均一性。

接著聊聊GI想必大家都已經猜測到了,大家久等了,終于到了本文的主題)他就是氮化硅,也有用氧化硅的GI全名gateinsulter就是一個絕緣層,它作用是啥?要從場效應管說起。

如果給S/D2側施加一個電壓的話,電荷會透過下面的semiconductor傳遞從而形成一個電流但是因為semiconductor的電導率很低那點電流幾乎可以認為是0

聰明的人會想怎么提高這個電流了?于是有人就像給G施加一個電壓發現隨著G的增加S/D的電流就跟著增加G的電壓足夠高的時候,那么S/D間的電流就足夠大用于進行信號傳遞,邏輯計算。

但是繼續增大G的電壓可行么?實驗證明是不可行的G增大到一定程度S/G之間會形成一個電壓差那么GI也會從絕緣體變成一個半導體,從而在S/G上產生一股電流我們稱之為漏流這就不好玩了,更由甚者,這股電流會發熱Q=I*R2),帶來另外一個現象叫做“雪崩效應”,有點類似鏈式反應這個GI會被擊穿(炸開太熱了)

回過頭來再看為什么氮化硅能夠勝任這層了?大家不妨去查查它的介電系數擊穿電壓等等參數。當然到目前為止SiNx是被廣泛應用的但也不是說它沒有對手比如一些金屬氧化物。

那再來聊聊這個SiNx是怎么做上去的?這就有另外一個工藝叫做CVD(chemicalvapordeposition),就是用氣體反應生成固體,然后沉積。目前主流氮化硅的反應氣體主要如下:

NH3+SiH4àSiNx

N2+SiH4àSiNx

SiH4這個玩意我們叫它硅烷CH4是親戚(甲烷)它的脾氣很暴躁遇水即爆沾火就燃。是目前半導體產業的基礎特殊氣體之一目前國能一些廠商再做了。講到這里又不得不吐槽一句這個氣體吧對雜質要求很高電子級的,危險品。就包裝它的容器NND還被國外壟斷咱們的容器做不出這種等級的容器,許多工藝基礎往深里刨,都是一些咱們最平常不起眼的地方卻被別人卡脖子。有興趣大家可以再去查查中國目前乳制品的包裝盒是不是國產的?我喝下去一盒6塊錢的酸奶大概盒子就要值2塊錢了~想著好氣人。

一句話氮化硅在半導體中已經算是一個比較成熟的材料而且制作過程安全性是很大一個因素所以粉友們要有搞事情的話不妨看看這個包裝吧也是暴利!

解析完畢,想要繼續關注“青鳥飛魚”的更新,請關注粉體圈公眾號哦,么么噠

作者:青鳥飛魚


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