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1312-41-0/銻化銦的應用

背景及概述[1][2]

由銦和銻構成的重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料。由于其熔點低、熔點時的離解壓小(見表),早在50年代就已制備出單晶體。

銻化銦(InSb)是研究得較早、較深入的Ⅲ-Ⅴ族半導體材料。其晶體呈銀色、質脆,為閃鋅礦結構.晶格常數為6.48Å,是一種直接帶隙材料,其禁帶寬度較窄,為0.18eV,而電子遷移率高達7800cm2/V·s,可用來制作紅外探測器,光磁探測器和Hall器件。銻化銦的熔點為525℃,與其他Ⅲ-Ⅴ族化合物相比,它易于提純和生長單晶,因而它常是Ⅲ-Ⅴ族化合物固體理論研究時所選擇的對象。InSb的主要物理性質見下表。

銻化銦的應用

單晶生長方法[1]

采用直拉法制備單晶,所用原料InSb經區熔法提純,InSb中除碲的有效分凝系數接近于1外,其他有害雜質的有效分凝系數都小于或大于1,經多次區熔可有效提高其純度。CZ生長基本工藝為:熔體保持在高純氫或含高純H210%~20%的高純氮中于800℃左右恒溫0.5h,可有效除去熔體表面浮渣,沿〈111〉方向生長有明顯的小面效應,使徑向載流子分布很不均勻,沿〈100〉、〈115〉、〈113〉等晶向生長可消除這一效應。InSb中除D坑外還觀察到S坑(碟形坑)和P坑(puching-out),采用等電子摻雜(如N摻雜)可以降低這些缺陷密度。

應用[1]

InSb單晶電子遷移率高,是良好的紅外探測器件、霍耳器件、磁阻器件的襯底材料。例如,對應于大氣透射窗口3~5μm波段的成像器件和InSb焦平面陣列器件。另外在電荷注入器件方面,InSb器件的位數已達128×128陣列。3~5μm波段InSb光伏探測器作為敏感元件組成的混成焦平面陣列也得到很大發展,并已作成元數較多的兩維陣列。

磨削方法[3]

3英寸銻化銦晶片外形標準化工藝是銻化銦晶片加工工藝的關鍵工藝之 一。由于銻化銦材料本身的特殊性,使得由<111>方向生長的晶體加工的晶片,電學參數一致性較差,無法滿足焦平面器件的需要,而必須通過<211>方向生長晶體,再通過<111>方向切割晶體得到<111>的晶片。由于晶體材料的各向異性性質,在<211>方向上生長單晶晶錠時,各個方向生長速率不同,從而生長界面并不是近似圓形,而是一個“D”形或者是梯形。

生長界面的不同,最終導致兩個不同方向生長的晶錠外形也不一樣。<111>方向生長的晶錠等徑部分近似圓柱體,而<211>方向生長的晶錠等徑部分則類似大壩。這種通過<211> 方向生長的晶錠,在<111>方向上切割時,需要旋轉一定角度。由于旋轉方向垂直于大面(也就是生長界面的梯形底邊),因此可以在一定程度上增大梯形的高度,從而縮小底邊高度比。這種高度上的增加仍然和大的底邊在尺寸上有相當大的差距,常常高度僅僅有底邊尺寸的一半。這種非規則性對于晶片的標準化工藝而言,是一項巨大的挑戰。

常規的半導體材料工藝過程是單晶生長、滾圓、做主參考面、切割、倒角。 但是由于銻化銦材料本身的特殊性,一方面,晶錠外觀非常不規則,無法通過滾圓工藝實現;而另一方面,即使實現了滾圓工藝,由于需要轉角度切割,切割出的晶片也是橢圓形,這樣就使滾圓工藝失去了意義。因此常規的半導體材料工藝無法應用于3英寸銻化銦材料工藝。

目前的銻化銦材料工藝是在晶體生長后,直接對非規則外形的晶錠進行切 割。目前的倒角工藝,只能針對面積較小的晶片進行加工,對于1.5英寸內的銻化銦晶片,普遍采用原始的手工做參考面,并進行倒角的工藝。3英寸銻化銦晶片同以前的小尺寸晶片一樣,都用于同樣的探測器,由于探測器并沒有因為使用3英寸晶片而增加厚度,因此探測器對兩種晶片的最終厚度要求一致。

出于成本的考慮,原始的切割晶片厚度不可能隨著面積的增加而成比例增加,面積厚度比的增大使得3英寸的晶片更容易碎裂。早前的手工磨圓倒角工藝,對人的技能依賴性較大,無法形成規模化生產,人的勞動強度大。而且由于銻化銦材料硬度小,容易沿解理面解理的特點,在加工的過程中很容易碎裂。3 英寸銻化銦材料的發展,使得這種困難的情況進一步加劇。

CN201010608803.7提供一種銻化銦晶片的磨削方法,用以解決現有技術中存在的標準 化成型工藝中晶片一致性差,無法批量化生產、效率低下、成品率低的問題。為達上述目的,本發明提供了一種銻化銦晶片的磨削方法,所述方法包括以下步驟:對待加工的銻化銦晶片進行圖像預采集識別,獲得所述銻化銦晶片的中心位置數據;根據所述銻化銦晶片的中心位置數據,設置磨削參數;使所述銻化銦晶片縱向運動,且縱向運動過程中所述銻化銦晶片自轉,利用砂輪對所述銻化銦晶片進行磨削,完成割圓操作;利用砂輪完成對所述銻化銦晶片上表面及下表面的倒角操作。

其中,對待加工的銻化銦晶片進行圖像預采集識別后,根據識別圖像的主參考面半徑和實際加工主參考面半徑的差值,確定所述銻化銦晶片中心位置的補償值,然后選擇與所述銻化銦晶片顏色一致的陪片,調節所述陪片放置在所述銻化銦晶片的位置,獲得所述銻化銦晶片的中心位置數據。本發明精確定位晶片中心、參考面位置,配合晶片識別后的砂輪研磨工藝,進行割圓和倒角處理,來達到多步驟、精確研磨的效果。所有效地降低了倒角過程中的崩邊問題,確保了工藝條件的可重復性,提高了晶片外形的一致性,提高了成品率。

主要參考資料

[1]固體物理學大辭典

[2]中國冶金百科全書·金屬材料

[3]CN201010608803.7 一種銻化銦晶片的磨削方法