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暴力讲解半导体中的“氮化硅”
2019年11月13日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:264
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今天小编要给大家坐下来唠唠氮化个东西。这个东西大家平常都不怎么看到但是我可以跟你讲,你们每个人身上一定能找到这个物质(看下图)。神奇吧!那为啥明明存在你却看不到了?


可以很嚣张的说没有氮化硅,就没有今天如此普及的电子产品。记住,我们现在电子系统都是以硅基为基础的这里就包括了硅,以及氮化硅氧化硅,氮氧化硅等那随着近期的科技发展技术朝向另外一个方向叫做碳基电子意思就是所有现在硅材料都要换成碳材料为啥了?硅与碳都化学周期表种第四主族元素具有类似电学性能但是碳基点在具有比硅基更优秀的地方在于碳基具备“柔性,延展性”这些特征从而产生更多奇妙的应用。更贴切一个例子人身体其实就是一个碳基的电子系统我们大脑神经传递电信号都是基于有机物的我们肌肉视觉,听觉,触觉都是基于一系列的化学反应产生的电信号使大脑产生了对应感受。从这个思路想下去那么是不是“人造人”就指日可待了?

貌似跑远了,回来一下本文主角氮化硅看看它到底都用在哪里?

目前我么使用电子系统最基础的开关单元MOSFET(metal-oxidefieldeffecttransistor)这个东西了,大概长这样的(小编手动画图质量非上乘,轻喷)主要由5个小结构构成,分别是半导体层,源极(S)漏极(D)绝缘层(GI),以及栅极(G),其中semiconductor了目前主流的都是硅,现在也逐渐由氮化镓砷化镓碳化硅等等这些材料记住一个特点它们都是半导体(私密康打可特)

首先聊聊SDG依照不同的工艺会有不同的选择一般再面板行业只要AlTiMo这种金属便宜。主要作用是导电半导体里因为功率的考虑会采用Cu目前3nm以下的工艺金属Co也再逐渐被关注所以,群里的大拿可以思考提前布局一下。这些金属使怎么做上去了这里有必要再多讲一点跟粉友都有关。

我们在之前的系列文章中提到过这种二维材料的加工方式,有一种就是PVD(physicvapordeposition),像这个金属层,基本都是用这个工艺来实现的这个工艺种涉及一种材料就是我们讲的靶材靶材是怎么做的了?简单讲就是将块状金属材料搞成粉体然后在通过压力将它们压成一个饼(靶材)然后bonding到一个铜板上。就我这个轻描淡写的几句国内高端的靶材还是依赖进口。国内像XX电子在做这一块基本上都低附加值的金属靶材说着都心痛最肥的肉都给别人吃。据我所知困难点就是在纯度研磨后形态以及后续的压缩过程如晶粒取向均一性。

接着聊聊GI想必大家都已经猜测到了,大家久等了,终于到了本文的主题)他就是氮化硅,也有用氧化硅的GI全名gateinsulter就是一个绝缘层,它作用是啥?要从场效应管说起。

如果给S/D2侧施加一个电压的话,电荷会透过下面的semiconductor传递从而形成一个电流但是因为semiconductor的电导率很低那点电流几乎可以认为是0

聪明的人会想怎么提高这个电流了?于是有人就像给G施加一个电压发现随着G的增加S/D的电流就跟着增加G的电压足够高的时候,那么S/D间的电流就足够大用于进行信号传递,逻辑计算。

但是继续增大G的电压可行么?实验证明是不可行的G增大到一定程度S/G之间会形成一个电压差那么GI也会从绝缘体变成一个半导体,从而在S/G上产生一股电流我们称之为漏流这就不好玩了,更由甚者,这股电流会发热Q=I*R2),带来另外一个现象叫做“雪崩效应”,有点类似链式反应这个GI会被击穿(炸开太热了)

回过头来再看为什么氮化硅能够胜任这层了?大家不妨去查查它的介电系数击穿电压等等参数。当然到目前为止SiNx是被广泛应用的但也不是说它没有对手比如一些金属氧化物。

那再来聊聊这个SiNx是怎么做上去的?这就有另外一个工艺叫做CVD(chemicalvapordeposition),就是用气体反应生成固体,然后沉积。目前主流氮化硅的反应气体主要如下:

NH3+SiH4àSiNx

N2+SiH4àSiNx

SiH4这个玩意我们叫它硅烷CH4是亲戚(甲烷)它的脾气很暴躁遇水即爆沾火就燃。是目前半导体产业的基础特殊气体之一目前国能一些厂商再做了。讲到这里又不得不吐槽一句这个气体吧对杂质要求很高电子级的,危险品。就包装它的容器NND还被国外垄断咱们的容器做不出这种等级的容器,许多工艺基础往深里刨,都是一些咱们最平常不起眼的地方却被别人卡脖子。有兴趣大家可以再去查查极速5分快三目前乳制品的包装盒是不是国产的?我喝下去一盒6块钱的酸奶大概盒子就要值2块钱了~想着好气人。

一句话氮化硅在半导体中已经算是一个比较成熟的材料而且制作过程安全性是很大一个因素所以粉友们要有搞事情的话不妨看看这个包装吧也是暴利!

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作者:青鸟飞鱼


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