梁虎

上海交通大學研究生院 上海 200030

化合物半導體最少由兩種元素所構成，當前常用的化合物半導體材料有很多，主要有磷化鎵、氮化鎵、磷化銦、砷化鎵，這些材料是第二代半導體、第三代半導體的代表材料，不僅在具有較高的頻率，還具有較高的功率，人們將其應用在了很多產業(yè)中，如：新能源產業(yè)、通信產業(yè)等。

1 化合物半導體特性

（1）砷化鎵半導體特性。對于化合物半導體來說，砷化鎵不僅是一種至關重要的半導體材料，還是一種可以被應用在多方面的半導體材料。當前，在所有的化合物半導體中，人們對砷化鎵的研究最多，所生產的量也最大。從電子遷移率方面來說，砷化鎵的電子遷移率較高，比硅的電子遷移率高出五六倍；從光電特性方面來說，砷化鎵有著較好的光電特性，可以做成兩種器件，一種是激發(fā)器件，另一種是發(fā)光器件；從禁帶寬度方面來說，砷化鎵有著較大的禁帶寬度，工作溫度較高；從本征載流子濃度方面來說，砷化鎵有著較低的本征載流子濃度；從耐熱方面來說，砷化鎵有著良好的耐熱性；從抗輻射性方面來說，砷化鎵有著良好的抗輻射性；從磁場方面來說，砷化鎵對磁場有著較高的敏感性。砷化鎵是一種較為稀少的資源，由于其具有稀缺性，因此砷化鎵的價格較高，比硅的價格貴十倍左右。坤化物具有毒性，能夠對環(huán)境帶來污染，雖然人們對砷化鎵的毒性進行了研究，但仍未完整的研究出其毒性。坤材料具有易揮發(fā)性，人們在利用坤材料制備砷化鎵時，應注重化學計量比。

（2）氮化鎵半導體特性。碳化硅、氮化鎵不僅都屬于半導體材料，其還屬于第三代寬禁帶寬度的材料。硅、砷化鎵分別是第一代半導體材料、第二代半導體材料，碳化硅、氮化鎵與硅、砷化鎵相比，所具有的優(yōu)勢十分明顯，碳化硅、氮化鎵可以在超過200℃的環(huán)境下使用，對于較高的能量密度，碳化硅、氮化鎵也可以承受。由于碳化硅、氮化鎵的電子飽和速度較快，因此器件的工作效率較快[1]。

氮化鎵已被人們廣泛地應用到了射頻領域，氮化鎵與砷化鎵相比，所具有的物理特性優(yōu)勢主要有以下三點：①氮化鎵器件的功率密度約是砷化鎵器件功率密度的十倍，氮化鎵器件有著較高的功率密度，在高功率密度下，帶寬會擴大，放大器增益也會變高，效率會隨著器件尺寸的減少而提升。②氮化鎵場效應管器件的工作電壓與砷化鎵場效應管器件工作電壓相比，高出很多，這是因為氮化鎵場效應管件能夠適應高壓環(huán)境的結果，在窄帶放大器設計基礎上，相關設計人員在實施阻抗匹配時，更加便捷快速。③氮化鎵場效應管器件和砷化鎵場效應管器件相比，提供的電流是砷化鎵的二倍，氮化鎵場效應器件的本征帶寬能力較強。

2 化合物半導體封裝工藝控制

（1）封裝工藝控制的環(huán)保、安全要求。砷化鎵對環(huán)境有較大的污染性，對于砷化鎵，人們在排放時應格外注意。在對砷化鎵進行封裝時，減薄劃片可能會對水造成污染，對于廢水，不可隨意排放，應當使用專業(yè)化的設備將廢水收集起來，并進行處理。在對砷化鎵進行加熱的過程中，砷化鎵會出現(xiàn)分解，分解后會釋放出氧化砷煙霧，這種煙霧具有較大的毒性，加工砷化鎵的人員不及要檢測砷含量，還要定期檢測。

（2）工藝控制要求。以下是封裝工藝控制要求：①由于砷化鎵、硅的斷裂韌度分別為0.31MPa/m、0.82MPa/m，因此砷化鎵與硅片相比，更加脆，在封裝砷化鎵時，應格外注意，避免芯片出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。當前，不僅砷化鎵器件配備了鍍金焊盤，氮化鎵也配備了鍍金焊盤，在互聯(lián)時，建議通過金焊線所連接，對于焊接的參數(shù)，應當進行優(yōu)化，使用DOE驗證所優(yōu)化。在對粘片進行封裝時，為了避免出現(xiàn)芯片斷裂的情況，應注意芯片的背面，不可使芯片的背面出現(xiàn)頂針的痕跡，一般情況下，人們不再使用電木頂針，而是使用鎢鋼頂針。②由于砷化鎵無法在高溫的環(huán)境下工作，因此芯片的溫度應控制在320℃以內。在封裝砷化鎵時，主要注意兩點，一是注意加工溫度，二是烘烤的控制[2]。③砷化鎵元器件對靜電有著較大的敏感性，在封裝砷化鎵元器件時，相關人員應做好對靜電的控制。對封裝測試廠的多方面都有要求，不僅人員要與產品的靜電等級要求相符合，設施設備等也要與產品的靜電等級相符。④對大多數(shù)砷化鎵技術而言，都是表面芯片，這些表面芯片具有平坦性的特點，若應用在特定方面，則必須使用空氣橋金屬技術，而空氣橋極易被壓傷，因此，封裝廠在對芯片進行粘片時，應當使用專用的工具，避免接觸到芯片的表面。

（3）封裝材料選用的要求。現(xiàn)階段，在器件應用方面，封裝極大地限制了其的應用。傳統(tǒng)電子器件的材料。在碳化硅器件進行封裝時，一般的傳統(tǒng)電子器件無法滿足其要求。封裝碳化硅的材料應具有三大特點，一是較小的熱膨脹系數(shù)；二是較好的絕緣性；三是較高的導熱性能[3]。

3 結束語

通過以上描述可以看出，化合物半導體被人們廣泛應用在了多個領域中，如：通信領域、光電子領域、照明領域等，很多化合物半導體具有耐高溫性、高頻性以及抗輻射性等特性，在封裝工藝控制方面，對環(huán)保、安全、材料等方面有著較高的控制要求。