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AlGaN(氮化铝镓)—来看看令人瞩目的下一代功率电子材料(与功率电子清洗)

发布日期:2023-04-21 发布者:合明科技 浏览次数:4127

AlGaN—来看看令人瞩目的下一代功率电子材料!

铝镓氮(AlGaN),也称为氮化铝镓,是由铝、镓、氮构成的三元化合物,属于氮化物半导体,是一种重要的宽带隙半导体材料,此外还具有电子亲和势极低、化学稳定性优等特点。

SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)作为功率电子器件晶体管的半导体材料的研发已经取得进展,并且已经开始实用化。通常由轻元素构成的半导体的介电击穿电阻较高,但是如果将GaN中的一部分Ga替换为较轻的Al并制成AlGaN(氮化铝镓),则将获得具有优异的介电击穿电阻的晶体。因此,具有更高介电击穿电阻的AlGaN作为下一代功率电子材料被寄予厚望。

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一、AlGaN材料性质

化学性质方面,AlGaN材料继承了AlN和GaN优秀的化学稳定性。在室温下,不与水、强碱和强酸反应;在高温下,与碱缓慢反应。优秀的化学稳定性决定了AlGaN基器件适用于多种极端环境。

物理性质方面,AlGaN材料具有极高的熔点,导热系数高。同时,该材料的质地坚硬,非常适用于制备高温高压等环境中工作的器件。此外,AlN、GaN和AlGaN在晶格常数以及导带价带位置上有差距,因此在形成异质结时,会产生自发的极化,并且表现出一定的压电特性,可以用来制备压电器件。再者,AlGaN材料还具有较大介电常数,因此也能用来制备高频高功率器件。

电学性质方面,电场强度在一定程度上对于AlGaN的电子迁移率影响较小,该特性使得AlGaN材料可以用来制备微波器件。由于材料真空电离能较高,且化学惰性很强,因此难以实现欧姆接触,尤其是p型欧姆接触。目前,主要通过在AlGaN表面额外生长一层p型GaN来实现p型欧姆接触。

光学性质方面,AlGaN是直接带隙半导体,具有很高的发光效率。在带隙宽度方面,通过调整Al:Ga比例可以实现带隙在3.39-6.024eV间可调,极大地覆盖了紫外光区,并且包含了整个日盲区,目前GaN/AlGaN异质结构是日盲探测器的首选。此外,AlN的电子亲和能只有0.6eV,在某些条件下甚至能为负值,这意味着Al组分较高的AlGaN材料可以制备高效率的发光器件。目前,光学性质方面的优势是AlGaN材料吸引巨大研究热情的主要原因。

二、AlGaN材料制备

金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)在过去的20年里已经发展成为Ⅲ-Ⅴ族氮化物外延生长的主要技术。

1967年,Manasevit等研究者发现,金属有机化合物三甲基镓(CH3)3Ga和氢化物的气相混合物,在H2气氛中在600-700℃温度下热解,可以用来生长GaN材料,自此MOCVD进入了研究人员的视野。

在80年代之后,这项技术有了更快的发展,采用MOCVD技术可以在大衬底基片上沉积得到均匀的外延层,尤其在Ⅲ族氮化物生长领域。经过一段时间的持续发展,九十年代后,MOCVD已经成为了GaN、AlGaN等半导体材料及其相关器件的重要生长方法。

使用MOCVD设备生长AlGaN材料,其基本原理是将Ⅲ族元素金属有机化合物源和Ⅴ族化合物的氮源,通过载气进入反应室,并在反应室内部充分混合,在反应室的反应分为多个步骤来完成:

首先是Ⅲ族源气和氮源的裂解反应,TMGa和NH3通过反应生成反应前驱体和副产物;裂解反应的产物会沉积在底部衬底的表面,同时TMGa和NH3也会在进入反应室后,向衬底上逐步扩散;沉积在衬底上的前驱体在表面发生迁移和扩散,与到达衬底的NH3发生反应,在高温反应下产生最终产物和副产物;随后最终未反应的源分子,反应副产物等会在载气的携带下,离开反应室,进入设备后续的尾气处理流程。

三、功率电子清洗

目前,大量的功率半导体器件仍在采用传统的正溴丙烷等溶剂清洗清洗,随着对环保的管控和对产品可靠性的要求不断提高,原有的传统溶剂清洗已不能满足功率电子。对此,合明提出新型的功率电子方案。

合明科技半水基清洗工艺解决方案,采用合明科技专利配方,可在清洗功率半导体器件凹槽内存在大量的锡膏残留的同时去除金属界面高温氧化膜,更含有保护芯片独特的材料;配方材料亲水性强,清洗后易于用水漂洗干净。

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欢迎使用合明科技半水基清洗剂清洗功率电子。

推荐使用合明科技水基清洗剂,针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封装到PCBA组件终端,包括有水基清洗剂和半水基清洗剂,碱性水基清洗剂和中性水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。


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以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的工艺、设备、材料的清洗解决方案支持。

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