Tantangan Industrialisasi Semikonduktor Intan

Saat ini, semikonduktor berlian berada pada tahap kritis dalam transisi dari penelitian dan pengembangan ke aplikasi praktis. Meskipun mereka telah mencapai hasil penerapan tertentu di bidang-bidang seperti substrat konduktif termal dan detektor radiasi, mereka masih menghadapi banyak tantangan.

 

Pertumbuhan material merupakan tantangan utama bagi industrialisasi semikonduktor berlian. Wafer silikon 12 inci yang umum saat ini telah mencapai-aplikasi skala besar, yang secara signifikan dapat mengurangi biaya unit chip, sedangkan ukuran substrat kristal tunggal berlian jauh lebih kecil dari 8 inci, sehingga secara langsung membatasi integrasi dan produksi chip. Substrat berukuran kecil tidak hanya gagal memenuhi-persyaratan tata letak kepadatan tinggi-sirkuit terpadu berskala besar, namun juga meningkatkan penyusutan peralatan, konsumsi bahan mentah, dan biaya bersama lainnya, sehingga melemahkan daya saing harga.

 

Ada juga hambatan dalam teknologi persiapan. Deposisi uap kimia (CVD) adalah metode utama, namun laju pertumbuhannya hanya beberapa mikrometer hingga puluhan mikrometer per jam, sehingga sulit untuk memenuhi kebutuhan produksi efisien industri semikonduktor. Hal ini juga memerlukan kontrol yang tepat terhadap berbagai parameter, dan peralatan serta biaya pengoperasian yang tinggi. Meskipun metode suhu dan tekanan tinggi (HTHP) dapat menghasilkan berlian, namun rentan terhadap kotoran dan cacat, dan tidak dapat langsung digunakan dalam semikonduktor. Namun kualitas kristal dan keseragaman intan yang dibuat dengan metode CVD masih perlu ditingkatkan.

 

Dalam hal teknologi doping, tipe p-dan n-berada dalam dilema. Doping tipe P-terutama bergantung pada atom boron, namun energi ionisasi boron mencapai 0,37eV, sehingga sulit untuk terionisasi sempurna pada suhu kamar dan mengakibatkan konsentrasi pembawa yang sangat rendah. Jika doping berat dilakukan untuk meningkatkan konsentrasi, hal ini akan menyebabkan peningkatan tegangan kisi dan cacat permukaan, mengintensifkan rekombinasi lubang elektron, dan meningkatkan tegangan nyala dan resistansi perangkat.

Secara teori, doping tipe n-dapat menggunakan atom fosfor, namun jari-jari atomnya jauh lebih besar dibandingkan atom karbon, sehingga dapat menyebabkan distorsi kisi yang parah selama doping. Distorsi ini secara signifikan meningkatkan kemungkinan penyebaran pembawa, yang menyebabkan penurunan tajam dalam mobilitas. Saat ini, masih sulit untuk mendapatkan berlian doping tipe n-konsentrasi tinggi dan berkualitas tinggi, sehingga membatasi penerapan perangkat terkait.

 

Namun, beberapa ahli memperkirakan bahwa substrat berlian berukuran 4-inci diperkirakan akan mencapai produksi massal dalam 3-5 tahun ke depan, dan karakteristik konduktivitasnya yang sangat baik diharapkan dapat memecahkan masalah global mengenai kurangnya perangkat tipe-p yang efisien dalam semikonduktor celah pita lebar.

 

Dalam pembuatan perangkat, proses semikonduktor tradisional memiliki kompatibilitas yang buruk dengan berlian. Dalam proses fotolitografi, karakteristik permukaan berlian bersifat istimewa, dan photoresist biasa sulit untuk dipatuhi secara seragam, yang dapat dengan mudah menyebabkan distorsi pola dan garis tidak rata; Dalam proses etsa, intan memiliki stabilitas kimia yang sangat kuat, dan sebagian besar etsa tradisional memiliki efek yang lemah, sehingga sulit untuk mengontrol kedalaman dan bentuk etsa secara akurat.

 

Sifat superkeras berlian juga menimbulkan tantangan dalam pemrosesan. Bantalan pemoles silikon dan silikon karbida perlu mencapai kerataan tingkat atom (kekasaran RMS Kurang dari atau sama dengan 0,1nm), sedangkan berlian memiliki kekerasan yang sangat tinggi dan alat gerinda biasa cepat aus. Bahkan dengan roda gerinda berlian, masih terdapat masalah seperti efisiensi rendah dan kerusakan termal yang mudah, sehingga sulit untuk memenuhi persyaratan kualitas permukaan "tingkat substrat".