Dalam pembuatan semikonduktor dan optik presisi, pilihan bahan substrat sangat penting untuk mencapai kinerja perangkat yang tinggi dan keandalan proses.Salah satu bahan yang paling banyak digunakan adalah safir (Al2O3), kuarsa (SiO2), dan silikon karbida (SiC). Meskipun ketiga menawarkan keuntungan yang unik, sifat mereka sangat berbeda dalam aspek termal, mekanik, dan kimia,mempengaruhi kesesuaiannya untuk aplikasi yang berbedaArtikel ini memberikan perbandingan berbasis bukti untuk membimbing pemilihan bahan untuk proses semikonduktor.
1Sifat Mekanis
| Properti |
Sapphire (Al2O3) |
Kuarsa (SiO2) |
SiC (Silikon Karbida) |
| Kekerasan Mohs |
9 |
7 |
9 ¢9.5 |
| Young's Modulus (GPa) |
345 |
73 |
410 ¢470 |
| Kekuatan Patah (MPa·m1 ∆2) |
2 ¢ 3 |
0.7 |
3 ¢ 4 |
| Ketahanan terhadap kejutan panas |
Sedang |
Rendah |
Tinggi |
Analisis:
Sapphire dan SiC adalah bahan yang sangat keras, membuat mereka tahan terhadap keausan dan goresan, yang sangat penting untuk penanganan selama pengolahan wafer.membatasi penggunaannya di lingkungan tekanan tinggi.
2. Sifat termal
| Properti |
Buah safir |
Kuarsa |
SiC |
| Konduktivitas termal (W/m·K) |
35 ¢ 40 |
1.4 |
300 ¢ 490 |
| Koefisien Ekspansi Termal (10−6/K) |
5 ¢ 8 |
0.5 |
4 ¢ 5 |
| Suhu Operasi Maksimal |
~2000°C |
~ 1200°C |
~1600°C (SiC bulk), lebih tinggi untuk sinter) |
Analisis:
SiC mengungguli safir dan kuarsa dalam konduktivitas termal, memungkinkan disipasi panas yang efisien dalam aplikasi elektronik bertenaga tinggi.yang membuatnya cocok untuk aplikasi isolasi atau panas rendah tetapi tidak cocok untuk perangkat bertenaga tinggiSafir menyeimbangkan stabilitas termal dan konduktivitas termal sedang, yang biasa digunakan dalam perangkat LED dan RF.
3Stabilitas kimia dan lingkungan
| Bahan |
Resistensi Kimia |
Sensitivitas terhadap Kelembaban |
Aplikasi Umum |
| Buah safir |
Sangat baik (tahan terhadap asam, basa) |
Rendah |
Substrat LED,jendela optik, perangkat presisi tinggi |
| Kuarsa |
Sangat baik (tahan terhadap sebagian besar bahan kimia) |
Sedang (hidrofilik) |
Mikrofabrikasi, topeng fotolitografi, serat optik |
| SiC |
Sangat baik (inertitas kimia yang tinggi) |
Sangat rendah |
Elektronik bertenaga tinggi, lingkungan kimia yang keras, penyegelan mekanis |
Analisis:
Ketiga bahan menunjukkan stabilitas kimia yang sangat baik, tetapi SiC sangat cocok untuk lingkungan korosif atau abrasif.sedangkan safir dan SiC tetap stabil.
4Pertimbangan optik dan listrik
| Properti |
Buah safir |
Kuarsa |
SiC |
| Transparansi optik |
150 nm 5 μm |
160 nm 3 μm |
Transparan dalam IR (3 ¢ 6 μm), tidak transparan dalam terlihat |
| Kekuatan dielektrik (kV/mm) |
400 ¢ 500 |
30 ¢ 50 |
250 ¢ 500 |
| Bandgap (eV) |
9.9 |
8.9 |
2.3 ¢ 3.3 |
Analisis:
Sapphire dan kuarsa banyak digunakan untuk jendela optik karena transparansi mereka dalam rentang UV terlihat.SiC ′s bandgap lebar dan kekuatan dielektrik tinggi membuatnya ideal untuk perangkat semikonduktor tegangan tinggi dan suhu tinggi, seperti power electronics dan RF amplifier.
5Biaya dan Kemampuan Membuat
| Bahan |
Biaya |
Skalabilitas |
Kemampuan mesin |
| Buah safir |
Tinggi |
Sedang |
Sulit (membutuhkan alat berlian) |
| Kuarsa |
Rendah |
Tinggi |
Mudah (bisa diukir basah atau dipotong laser) |
| SiC |
Tinggi |
Sedang |
Sangat sulit (sangat keras, rapuh) |
Analisis:
Kuarsa adalah yang paling hemat biaya dan paling mudah diproses, membuatnya populer untuk skala laboratorium atau komponen optik murah.tapi mereka memberikan kinerja mekanik dan termal yang superior, penting untuk aplikasi semikonduktor yang menuntut.
Kesimpulan
Memilih antara safir, kuarsa, dan SiC membutuhkan pertimbangan yang cermat terhadap faktor mekanik, termal, kimia, optik, dan biaya:
-
Buah safirmenawarkan keseimbangan kekerasan, stabilitas termal, dan transparansi optik, menjadikannya ideal untuk LED, jendela optik, dan beberapa mikroelektronika.
-
Kuarsaunggul dalam efisiensi biaya, kemudahan pemrosesan, dan ketahanan kimia, cocok untuk perangkat laboratorium, masker fotolitografi, dan aplikasi daya rendah.
-
SiCmemberikan konduktivitas termal yang luar biasa, kekerasan, dan stabilitas kimia, yang sangat diperlukan untuk elektronik bertenaga tinggi, lingkungan yang keras, dan aplikasi yang membutuhkan daya tahan yang ekstrim.
Bagi insinyur semikonduktor dan ilmuwan bahan, perbandingan berbasis bukti ini mendukung pemilihan bahan yang rasional, memastikan kinerja perangkat dan keandalan proses yang optimal.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!