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itCos'è in realtà un wafer di zaffiro
Un wafer di zaffiro è un disco sottile di ossido di alluminio monocristallino che è stato orientato su un piano cristallografico, ricavato da una boule cresciuta, affettato, lappato e lucidato fino a ottenere uno spessore, una planarità e una finitura superficiale controllati.
Lo zaffiro non è né vetro né un rivestimento. Si tratta di Al2O3 cristallino, il materiale del corindone, motivo per cui un wafer finito combina la durezza Mohs 9 con un gap di banda vicino a 8,6 eV e una trasmissione utile da circa 0,19 a 5,5 micrometri.
L'orientamento è la prima decisione su qualsiasi disegno, perché determina cosa può essere coltivato sulla superficie e come si comporta il wafer sotto carico termico.
- c-plane (0001): l'impostazione predefinita per l'epitassia GaN LED e microLED, dove la superficie esagonale corrisponde all'epistrato.
- piano r: utilizzato per silicio su zaffiro, dove un sottile film di silicio è depositato eteroepitassialmente.
- piano a e piano m: orientamenti di ricerca non polari, disponibili ma più difficili da lucidare con la stessa ruvidità.
- Offcut: 0,2 gradi verso l'asse a è una richiesta MOCVD comune, mentre 4 gradi appaiono nel lavoro specifico del dispositivo. Mantenere rigorosamente la tolleranza, poiché la deriva degli scarti modifica la struttura dei gradini durante la crescita.
Diametro e spessore viaggiano insieme. Le dimensioni comuni sono 50,8 mm, 100 mm, 150 mm e 200 mm, con uno spessore che aumenta da circa 430 micrometri a 2 pollici a 650 a 4 pollici e oltre 1 mm a 6 pollici, semplicemente perché un disco sottile di un cristallo fragile non sopravviverà alla manipolazione di routine.
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I wafer di zaffiro vengono prodotti in sei fasi e ciascuna fase lascia un'impronta digitale nel certificato fornito con il lotto.
Specifiche che determinano la resa
Quattro numeri determinano la maggior parte delle decisioni di accettazione: variazione dello spessore totale, curvatura e deformazione, ruvidità del lato anteriore e tolleranza di orientamento. Tutto il resto del disegno supporta questi quattro.
| Parametro | Grado Epi e LED | Grado ottico | Prove da richiedere |
| Orientamento e ritaglio | Piano c con sfasamento di 0,2 gradi | piano c o secondo disegno | Scansione con diffrazione di raggi X |
| Diametro | 100 mm più o meno 0,2 mm | Per disegno | Mappa dei chip sui bordi |
| Spessore | 650 micrometri più o meno 25 | da 1 mm a 5 mm | Spessore map across the wafer |
| Variazione dello spessore totale | 10 micrometri o meno | 2 micrometri sopra l'apertura | Tipo di sonda e area di scansione |
| Arco e curvatura | 25 micrometri o meno | Piattezza a quarto d'onda | Metodo di fissaggio e supporto |
| Rugosità frontale | Ra 0,2 nm, pronto per l'epi | Ra 1 nm o migliore | Dimensioni della scansione AFM |
| Finitura sul retro | Inciso o lucido | Terra fine | Finitura dichiarata sul certificato |
| Profilo del bordo | Fondo tondo con smusso e tacca | Bordo lucido | Foto di orientamento della tacca |
Zaffiro, silicio e quarzo fianco a fianco
Lo zaffiro è il substrato da scegliere quando il wafer deve sopravvivere al calore, agli agenti chimici o alla luce, non quando deve condurre elettricità.
- Temperature di crescita superiori a 1000 C escludono supporti polimerici e vetro di bassa qualità.
- La superficie deve rimanere trasparente dal visibile al medio infrarosso.
- La resistenza chimica e la resistenza ai graffi contano più del costo per centimetro quadrato.
- Il dispositivo necessita di un substrato isolante a basse perdite a radiofrequenza.
- Il wafer stesso deve trasportare corrente, dove il silicio è più semplice e molto più economico.
- È richiesta una trasmissione ultravioletta profonda inferiore a 190 nm, dove lo zaffiro assorbe.
- La diffusione del calore è il fattore limitante in un array ad alta potenza.
- Il budget non può assorbire un substrato che ha un prezzo molte volte superiore a quello di un wafer di silicio dello stesso diametro.
Il numero termico è quello che sorprende i team di progettazione. Lo zaffiro conduce il calore circa quattro volte peggio del silicio e circa venticinque volte meglio del quarzo fuso, il che è fattibile per un singolo emettitore a bassa potenza e problematico per un denso array ad alta potenza. Questa proprietà guida gran parte dell’interesse per i substrati modellati, il trasferimento di film sottili e l’incollaggio dei wafer.
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I substrati in zaffiro si ammortizzano in quattro famiglie di applicazioni, ciascuna con una diversa specifica dominante.
Epitassia GaN LED e microLED
Wafer C-Plane da due a sei pollici trasportano lo stack di emissione di luce. Il controllo degli scarti e la rugosità del lato anteriore influenzano la qualità dei cristalli, e quindi l’efficienza quantica esterna, più di qualsiasi altro parametro in entrata.
Radiofrequenza e silicio su zaffiro
Un substrato isolante taglia la capacità parassita negli interruttori e nei filtri. Qui il disegno è dominato dall'uniformità dello spessore e dalla planarità della superficie piuttosto che dalla trasmissione ottica.
Finestre ottiche e coperture dei sensori
Lo zaffiro trasmette dal visibile a circa 5,5 micrometri e resiste ai graffi in ambienti abrasivi, quindi appare nelle finestre a infrarossi, nelle coperture LiDAR e nelle porte rinforzate delle fotocamere. La gamma di applicazioni dei wafer in zaffiro nell'elettronica e nell'ottica va ben oltre l'illuminazione.
Wafer portanti e fittizi
I processi ad alta temperatura riutilizzano i supporti in zaffiro perché il materiale non si ammorbidisce né rilascia gas. La rilucidatura prolunga la durata utile laddove le norme sulla contaminazione lo consentono.
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Cinque controlli individuano la maggior parte dei problemi prima che il lotto raggiunga il banco di ispezione in entrata.
Se una specifica è ambigua, risolverla in fase di disegno. Invia il disegno e la quantità al nostro team di ingegneri e l'orientamento, la finitura e il metodo di ispezione possono essere fissati prima del preventivo anziché dopo la consegna.
Domande frequenti
Un wafer di zaffiro è la stessa cosa di una finestra di zaffiro?
No, l'enfasi è diversa. Un wafer viene giudicato in base alla variazione di spessore totale, alla pulizia delle particelle e ad una superficie anteriore pronta per l'epitassia, mentre una finestra viene giudicata in base alla trasmissione, alla qualità della superficie su un'apertura definita e alla finitura del bordo. Entrambi possono essere tagliati dalla stessa boule.
I wafer di zaffiro possono essere riutilizzati?
I wafer portanti e fittizi possono essere rilucidati più volte quando la contaminazione è controllata. I wafer Epi-ready generalmente non possono, poiché la superficie lucida e il budget di planarità vengono consumati durante il primo ciclo di crescita.
Quale spessore dovrei ordinare?
Segui il diametro. I punti di partenza comuni sono circa 430 micrometri a 2 pollici, 650 a 4 pollici e 1 mm o più a 6 pollici. I wafer più sottili riducono la massa termica ma aumentano il rischio di rottura durante la movimentazione e il trasporto.
Ho bisogno di un ritaglio?
Per il GaN cresciuto mediante MOCVD sul piano c, è tipico un piccolo scostamento vicino a 0,2 gradi. Se il tuo processo non è sensibile alla struttura a gradini, un wafer nominale in asse è più facile da reperire e solitamente meno costoso.
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