半导体材料全景透视:多样品类,支撑产业发展
在科技高速发展的当下,半导体产业作为现代信息技术的基石,正持续引领着全球技术革新的浪潮。而半导体材料,作为这一产业的核心支撑,其丰富多样的产品品类和不断演进的技术,深刻影响着半导体产业的发展走向。从基础的硅片到高端的光刻胶,从关键的电子特气到不可或缺的封装材料,每一种半导体材料都在半导体制造的不同环节扮演着至关重要的角色。
基石之选:硅片与化合物半导体
硅片堪称半导体产业的“根基”,在制造材料中占比约33%,地位举足轻重。当前,全球市场主流产品为200mm(8寸)、300mm(12寸)直径的半导体硅片,其中12寸硅片已成为全球主流,主要应用于存储芯片、图像处理芯片等高端领域。随着AI和高性能计算需求的加速,12英寸大硅片需求迅猛增长。而200mm及以下的硅片,凭借在特殊产品工艺上的成熟优势,在功率器件、电源管理器等领域持续发光发热,终端应用覆盖移动通信、汽车电子等领域。
化合物半导体同样大放异彩,以砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第二、三代半导体材料,各有独特优势。砷化镓具备高功率密度、抗辐射等特性,在射频、光电子等领域应用广泛;氮化镓能够承载更高能量密度,在通信及功率器件领域表现出色;碳化硅凭借高禁带宽度等特性,成为汽车及工业电力电子领域的关键材料。如今,以氧化镓、金刚石、氮化铝等为代表的第四代半导体材料崭露头角,氧化镓禁带宽度达4.9eV,超越第三代半导体,在耐高压、耐高温等方面优势显著,未来发展潜力巨大。
光刻核心:光刻胶及配套试剂
光刻胶是光刻工艺的“灵魂”,在光照或辐射下,其溶解度发生变化,从而实现图形转移。按照下游应用,可分为半导体光刻胶、LCD光刻胶和PCB光刻胶。不同封装技术对光刻胶性能提出差异化要求,如先进的FOWLP封装对材料的溢料控制、硅微粉团聚控制等指标有着极高标准。随着IC封装技术朝着小型化、高密度方向发展,光刻胶市场规模不断扩大,高端产品需求日益旺盛,为具备技术研发能力的企业开辟了广阔市场空间。光刻胶配套试剂同样不可或缺,在光刻工艺的各个环节发挥着关键作用,保障光刻过程的顺利进行。
多元材料:电子特气、靶材与抛光材料
电子特气作为仅次于硅片的第二大半导体原材料,是电子工业中的关键化工材料。其种类繁多,涵盖多种纯气、高纯气及混合气,广泛应用于半导体、显示面板等多个领域。在半导体制造过程中,不同的电子特气参与到沉积、刻蚀等关键工艺,对芯片的性能和质量有着决定性影响。
靶材是制备电子薄膜材料溅射工艺的必备原材料,在半导体、平板显示和太阳能电池等领域应用广泛。半导体领域对靶材的金属纯度和内部微观结构要求极高,通常需达到99.9995%(5N5)以上。随着半导体技术的不断进步,对靶材的性能要求也在持续提升,推动着靶材技术的不断创新。
化学机械抛光(CMP)工艺中,抛光垫和抛光液是关键材料。抛光液起到抛光、润滑、冷却作用,抛光垫则负责存储、传输抛光液,对硅片表面进行机械摩擦,决定着硅片表面的质量。随着芯片制程工艺的不断缩小,对抛光材料的精度和稳定性要求越来越高,促使相关企业不断加大研发投入,提升产品性能。
封装关键:引线框架、封装基板等
在半导体封装环节,多种材料共同保障芯片的稳定性能和可靠应用。引线框架作为集成电路的芯片载体,为芯片提供电气连接和物理支撑;封装基板是封装材料中成本占比最大的部分,约达40%,起到承载、保护芯片以及连接上层芯片和下层电路板的关键作用,实现电气和物理连接、功率分配等功能;键合丝用于芯片与引线框架或封装基板之间的电气连接,其性能直接影响芯片的电气性能和可靠性;陶瓷基板凭借良好的耐湿性、线膨胀率和热导率等特性,在对性能要求较高的应用场景中发挥重要作用;芯片粘接材料则用于将芯片固定在封装基板上,确保芯片在工作过程中的稳定性。
半导体材料种类丰富、各具特性,共同构建起半导体产业发展的坚实基础。随着技术的不断进步和市场需求的持续变化,半导体材料领域也在不断创新发展,为半导体产业迈向更高台阶提供源源不断的动力,在全球科技竞争的舞台上,持续书写着属于自己的辉煌篇章。