上个世纪电子和微电子技术的迅速发展已经改变了我们与更广阔的世界交流和联系的方式

从发送即时信息到召开视频会议,技术已经改变了我们的沟通方式。我们在现代无线电子设备和网络(如计算机、卫星和移动电话)中看到的创新不仅将我们连接起来,而且放大了世界各地人民的声音。无线通信设备的这些进步是由半导体行业不断现代化的能力所支撑的。

Oliver briel umicore

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Umicore的奥利弗·布里尔(Oliver Briel)明白,当摩尔定律开始动摇物理定律时,需要新技术

你可能还记得高中的课程,半导体这个术语指的是一种可以部分导电的材料。半导体的导电性介于绝缘体(实际上没有导电性)和导体之间,导体几乎具有完全导电性。半导体的特定性质可以通过在晶体结构中引入掺杂剂来改变。半导体传导电流的能力取决于温度和半导体上发现的掺杂剂,这使得半导体成为控制电流的良好介质。因此,半导体现在是几乎所有电子设备集成电路的基本元素。从本质上讲,半导体是现代通信的支柱。

自20世纪60年代以来,摩尔定律——即随着微芯片所能容纳的晶体管数量的增加,计算机的速度和能力有望每两年翻一番——一直是半导体生产的指南,并鼓励了更小、更复杂的微芯片的发展。但随着半导体尺寸的不断缩小,它已经开始违背物理定律。因此,必须开发新的材料和制造技术,以确保这些设备的持续进步。在这里Umicore,我们致力于开发环境友好的做法,使这一创新取得进展。

连接我们的薄膜

半导体器件制造始于在晶圆上沉积极薄的材料薄膜,晶圆通常由硅制成。在工业中,物理气相沉积(PVD)工艺被广泛用于制造这些薄膜。然而,对于3D结构,这些技术受到限制,因为PVD是一种“视线”技术,因此不是涂覆不可见表面(如深沟槽)的理想选择。在这些应用中,化学气相沉积(CVD)是一种更受欢迎的技术。相比之下,CVD提供了一种温和的工艺,不仅可以形成这些薄膜,而且还可以更容易地生成保形3D薄膜。在此过程中,挥发性前驱体(如有机金属或金属配合物)经过加热的基片,在基片上,前驱体的热分解产生薄膜,沉积在硅片上。

3哈瑙umicore PMC的三甲基镓生产(蓝色来自内部led灯)

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德国哈瑙Umicore贵金属化学公司三甲基镓生产的led灯

高纯度前驱体对CVD至关重要。随着半导体器件越来越小,十亿分之一范围内的杂质会对半导体性能产生毁灭性的影响。前体材料易挥发,因此需要专门的设备和知识来制造和运输。此外,由于半导体制造对这些材料的高纯度要求,必须对制造过程给予精确的注意。在Umicore贵金属化学,我们利用我们在挥发性有机金属和催化化学方面的经验,确保我们可以提供高纯度的前体,并提供更好的性能,所有这些都以更低的成本为消费者提供。

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钴基前体是我们提供的一种重要的有机金属前体。大多数现代计算机芯片都含有铜作为连接点。然而,随着半导体尺寸的减小,制造商通常会增加电流以增加功率输出。这会导致铜电迁移到硅中。为了解决这个问题,制造商可以添加钴层作为衬垫。在这里,钴作为阻挡层防止铜电迁移到硅。然而,使用钴材料并不简单。钴前体的一种常见中间体是羰基钴,但由于其毒性和潜在危险,这种化合物非常难以处理。此外,中间体的有限稳定性导致了这种材料的供应缺口。

解决电子工业对环境的影响是非常重要的

100多年来,Umicore一直是全球钴产品的领导者。在许多业务部门中,我们为各种应用生产各种钴基化学品。我们很早就决定建立一个有道德和可审计的供应链。2004年,我们成为第一家引入可持续和道德钴采购具体方法的公司。这为Umicore目前可持续的钴采购框架奠定了基础。这一战略提供了保障措施,有助于确保钴产品供应链的健全。它还保证最终用户以一致的质量和数量收到他们所需的产品。

解决电子工业对环境的影响是非常重要的。由于世界上有大量的电子设备,在可持续性方面的微小改进可以产生广泛的影响。我们可持续地大规模生产电子前体,并通过复杂的有色金属回收集团进行回收。Umicore还处理有毒和敏感有机金属的专业知识。

1条金属有机前驱体生产线

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Hanau的金属有机前体生产线

未来在召唤

许多人认为1947年晶体管的发明是数字革命的起点。从那时起,硅半导体在我们今天生活中必不可少的全球通信网络中发挥了不可或缺的作用。然而,随着移动和无线通信越来越以数据为中心,越来越需要增加数据流量和实现更快的网络。2019年,多家移动网络运营商宣布计划在全球选定的城市推出5G技术。这种新一代蜂窝技术将使用比前一代更广泛的频率范围,允许更多数量的设备同时连接到数据网络。

复合半导体对于5G技术的部署非常重要。合金,如砷化镓和氮化镓,已经在无线通信等应用中作为硅的补充,它们可以实现高速和高效。与仅由硅组成的传统半导体相比,这些化合物提供了更高的性能。其中,III V化合物半导体因其在无线通信中的潜在应用而备受关注。这些合金结合了III族元素和V族元素。

我们的无溶剂方法通过最大限度地减少危险的侧流,并将原子经济性提高到近100%,从而提供更生态的生产

化合物半导体的一个优点——砷化镓——是电子迁移率比硅高。这一特性使它们在更高频率下比传统硅半导体更有用。氮化镓的另一个优点是绝缘性能。这就可以创造出能够有效地将电力转换为更高或更低电压输出的电力设备。与硅半导体相比,氮化镓在功率转换方面的效率可高达10倍。

2哈瑙umicore PMC三甲基镓生产

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Umicore在德国Hanau的工厂

从历史上看,由于成本高,合金制造困难,化合物半导体在商业应用中并不广泛。然而,由于金属有机CVD (MOCVD)的出现,这种情况已经发生了变化,这是一种制造化合物半导体的现代工艺。在这些方法中,高纯度有机金属前体与气态磷化氢和砷前体反应。Umicore提供了一种创新和可持续的有机金属前驱体制造工艺,以实现MOCVD。我们的无溶剂方法通过最大限度地减少危险的侧流,并将原子经济性提高到近100%,从而提供更生态的生产。因此,我们的方法使我们能够以难以置信的高纯度水平提供前体。

在半导体制造的快速创新的支持下,电子通信设备市场继续以令人难以置信的速度增长。开发钴合金、化合物半导体和MOCVD等材料和技术有助于推动这一增长。这些创新必须以绿色和道德实践为基础。通过创造可持续的解决方案,我们可以帮助改善明天的世界和通信。

Oliver Briel是Umicore贵金属化学公司的全球商业电子总监