《氮化铝:半导体领域一直在“征服”的材料》

  • 来源专题:关键矿产
  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2023-07-13
  • 氮化铝:半导体领域一直在“征服”的材料 2023/06/12 点击 123 次 中国粉体网讯  氮化铝属于典型的第三代半导体材料,它具有特宽禁带和非常大的激子束缚能,其中禁带宽度为6.2eV,属于直接带隙半导体。由于氮化铝具有多种突出的优异物理性能,如高的击穿场强、热导率、电阻率等,在半导体领域中一直备受关注,也是半导体领域一直在“征服”的材料。
    氮化铝的性能特点
    AlN是以共价键为主的晶体,属于六角晶系类金刚石氮化物,其理论密度为3.26g/cm3,莫氏硬度7~8,室温下的强度高,且强度会随着温度的升高下降较慢。
    与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝具有优异的综合性能,尤其是其出色的导热性能,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。
    氮化铝的主要性能参数
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    • 据媒体报道,华为今年4月刚成立的哈勃投资已于近期入股山东天岳,并获得了10%的股份。山东天岳核心产品为第三代半导体材料碳化硅。据公司官网介绍,碳化硅被称为是第三代半导体的核心材料,具有耐高压、耐高频等突出特点。 华为通过哈勃投资入股山东天岳,或许表明其对于第三代半导体材料前景的认可。资料显示,哈勃科技投资有限公司注册资本为7亿元人民币,由华为投资控股有限公司100%控股。 哈勃投资,名字颇具深意。哈勃望远镜自1990年搭乘美国“发现者号”航天飞机进入太空,开启了自己的传奇一生。如果要探索太空,是离不开哈勃的。设立哈勃投资,或表明了华为意图通过产业投资,对科技前沿领域进行探索的初衷。 历数三代半导体材料 自半导体诞生以来,半导体材料便不断升级。第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料,其在 集成电路 、电脑、手机、航空航天、各类军事工程等领域中都得到了极为广泛的应用。 第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);三元化合物半导体,如GaAsAl、GaAsP;还有一些固溶体半导体,如Ge-Si、GaAs-GaP;玻璃半导体(又称非晶态半导体),如非晶硅、玻璃态氧化物半导体;有机半导体,如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。 第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。因信息高速公路和互联网的兴起,还被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信和GPS导航等领域。 第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带半导体材料。与第一代和第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和度以及更高的抗辐射能力。 在应用方面,根据第三代半导体的发展情况,其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域,每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域,宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。 各国高度重视第三代半导体发展 目前,许多国家将第三代半导体材料列入国家计划。美国、欧盟均建立了相应的中心及联盟, 致力于研发第三代功率半导体 功率器件 。 我国政府主管部门高度重视第三代半导体材料及相关技术的研究与开发。从2004年开始对第三代半导体技术领域的研究进行了部署,启动了一系列重大研究项目。2013年科技部在“863”计划新材料技术领域项目征集指南中,明确将第三代半导体材料及其应用列为重要内容。2015年和2016年国家科技重大专项02专项也对第三代半导体功率器件的研制和应用进行立项。 碳化硅电力电子器件市场在2016年正式形成,根据Yole预测,碳化硅市场规模在2021年将上涨到5.5亿美元,年复合增长率可达到19%。由于我国具有广阔的应用市场,届时国产功率半导体市场也将实现大规模的增长。 哪些上市公司率先布局了碳化硅? 三安光电主要从事化合物半导体材料的研发与应用,专注于碳化硅、砷化镓、氮化镓等半导体新材料及相关领域。今年3月,三安光电旗下三安集成电路与美的集团达成战略合作,双方共同成立第三代半导体联合实验室,将通过研发第三代半导体功率器件导入白色家电,推动产业创新发展。 海特高新目前已完成包括砷化镓、氮化镓、碳化硅及磷化铟在内的6项工艺产品的开发,可支持制造功率放大器、混频器、低噪音放大器、开关、光电探测器、激光 器、电力电子等产品,产品广泛应用于5G移动通信、 人工智能 、雷达、 汽车电子 等领域。截止目前公司部分产品已实现量产,服务客户数和订单持续增加。 楚江新材在超高温热工装备领域具备领先优势,是国内唯一具有碳及碳化硅复合材料热工装备、高端真空热处理系列装备、粉末冶金系列热工装备三大系列且均保持领先的高端热工装备企业。
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    • 编译者:shenxiang
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    • 美国加州时间2020年7月28日,SEMI和TechSearch发布的《全球半导体封装材料市场展望》预测报告(Global Semiconductor Packaging Materials Outlook)称:全球半导体封装材料市场将从2019年的176亿美元增长至2024年的208亿美元,复合年增长率(CAGR)为3.4%。半导体产业的增长将推动这一增长,包括大数据、高性能计算(HPC)、人工智能(AI)、边缘计算、先进内存、5G基础设施扩建、5G智能手机、电动汽车以及汽车安全功能的采用和增强。 封装材料是这些应用增长的关键,它使这些能够支持下一代芯片更高性能、可靠性和集成度的先进封装技术成为可能。 在对系统级封装(SIP)和高性能器件的需求推动下,作为最大材料领域的层压基板的复合年增长率将超过5%。在预测期内,晶圆级封装(WLP)电介质将以9%的复合年增长率增长最快。尽管正在开发提高性能的新技术,但朝着更小、更薄的封装发展的趋势将抑制引线框架,管芯连接和密封材料的增长。 随着半导体封装技术创新的稳步推进,预计未来几年将在材料市场中呈现几个机会领域,包括: •新的基板设计可支持更高密度的窄凸点间距 •适用于5G mmWave应用的低Dk和Df层压材料 •基于改进的引线框架技术【称为模制互连解决方案/系统(MIS)】的无芯结构 •模压化合物可为铜柱凸点倒装芯片提供底部填充 •树脂材料需要较小的填料和较窄的粒度分布,以满足狭窄的间隙和细间距倒装芯片 •粘晶材料,在<5 µm的位置内进行处理 •更高频率的应用(例如5G)所需的介电损耗(Df)较低的电介质 •TSV电镀所需的无空隙沉积和低覆盖层沉积 报告预测的2019年至2024年的其他增长领域包括: •基于加工材料的平方米,全球IC封装的层压基板市场预计将以5%的复合年增长率增长。 •预计总体引线框架出货量的复合年增长率将略高于3%,其中LFCSP(QFN型)的单位增长率最高,复合年增长率将近7%。 •在对更小,更薄的封装形式的求不断增长的推动下,封装材料的收入将以不到3%的复合年增长率增长。 •芯片连接材料收入将以近4%的复合年增长率增长。 •焊球收入将以3%的复合年增长率增长。 •WLP电介质市场预计将以9%的复合年增长率增长。 •晶圆级电镀化学品市场的复合年增长率预计将超过7%。 《全球半导体封装材料市场展望》(Global Semiconductor Packaging Materials Outlook)是由TechSearch International和SEMI或其合作伙伴TECHCET LLC对半导体封装材料市场进行的全面市场研究。是该报告系列的第九版。 报告基于对100多家半导体制造商、封装分包商、无晶圆厂半导体公司和封装材料供应商进行了访谈。 该报告涵盖以下半导体封装材料领域: •基材 •引线框 •焊线 •密封胶 •底部填充材料 •芯片贴装 •锡球 •晶圆级封装电介质 •晶圆级电镀化学品