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LED巨头强强联合三安光电5亿入股璨圆光奢侈品市场和消费

发布时间:2020-02-19 04:18:22 编辑:笔名

LED外延片基础知识 - 消费电子 - 电子工程

外延片的生产制作进程是非常复杂,展完外延片,接下来就在每张外延片随便抽取九点做测试,符合要求的就是良品,其它为不良品(电压偏差很大,波长偏短或偏长等)。良品的外延片就要开始做电极(P极,N极),接下来就用激光切割外延片,然后百分百分捡,根据不同的电压,波长,亮度进行全自动化分检,也就是构成LED晶片(方片)。然后还要进行目测,把有一点缺点或者电极有磨损的,分捡出来,这些就是后面的散晶。此时在蓝膜上有不符合正常出货要求的晶片,也就自然成了边片或毛片等。不良品的外延片(主要是有一些参数不符合要求),就不用来做方片,就直接做电极(P极,N极),也不做分检了,也就是目前市场上的LED大圆片(这里面也有好东西,如方片等)。

半导体制造商主要用抛光Si片(PW)和外延Si片作为IC的原材料。20世纪80年代初期开始使用外延片,它具有标准PW所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺点。

历史上,外延片是由Si片制造商生产并自用,在IC中用量不大,它需要在单晶Si片表面上沉积1薄的单晶Si层。一般外延层的厚度为2~20μm,而衬底Si厚度为610μm(150mm直径片和725μm(200mm片)。

外延沉积既可(同时)一次加工多片,也可加工单片。单片反应器可生产出质量最好的外延层(厚度、电阻率均匀性好、缺点少);这种外延片用于150mm“前沿”产品和所有重要200mm产品的生产。

外延产品

外延产品应用于4个方面,CMOS互补金属氧化物半导体支持了要求小器件尺寸的前沿工艺。CMOS产品是外延片的最大应用领域,并被IC制造商用于不可恢复器件工艺,包括微处理器和逻辑芯片以及存储器运用方面的闪速存储器和DRAM(动态随机存取存储器)。分立半导体用于制造要求具有精密Si特性的元件。“奇异”(exotic)半导体类包括一些特种产品,它们要用非Si材料,其中许多要用化合物半导体材料并入外延层中。掩埋层半导体利用双极晶体管元件内重搀杂区进行物理隔离,这也是在外延加工中沉积的。

目前,200mm晶片中,外延片占1/3.2000年,包括掩埋层在内,用于逻辑器件的CMOS占所有外延片的69%,DRAM占11%,分立器件占20%.到2005年,CMOS逻辑将占55%,DRAM占30%,分立器件占15%.

LED外延片--衬底材料

衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料,需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术,衬底材料决定了半导体照明技术的发展线路。衬底材料的选择主要取决于以下九个方面:

1、结构特性好,外延材料与衬底的晶体结构相同或相近、晶格常数失配度小、结晶性能好、缺点密度小

2、界面特性好,有利于外延材料成核且黏附性强

3、化学稳定性好,在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀

4、热学性能好,包括导热性好和热失配度小

5、导电性好,能制成上下结构

6、光学性能好,制作的器件所发出的光被衬底吸收小

7、机械性能好,器件容易加工,包括减薄、抛光和切割等

8、价格低廉

9、大尺寸,一般要求直径不小于2英寸。

衬底的选择要同时满足以上九个方面是非常困难的。所以,目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的研发和生产。用于氮化镓研究的衬底材料比较多,但是能用于生产的衬底目前只有三种,即蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底以及Si衬底。

评价衬底材料必须综合斟酌以下因素:

1.衬底与外延膜的结构匹配:外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺点密度低;

2.衬底与外延膜的热膨胀系数匹配:热膨胀系数的匹配非常重要,外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不但可能使外延膜质量下落,还会在器件工作过程中,由于发热而造成器件的损坏;

3.衬底与外延膜的化学稳定性匹配:衬底材料要有好的化学稳定性,在外延生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀,不能由于与外延膜的化学反应使外延膜质量下落;

4.材料制备的难易程度及本钱的高低:考虑到产业化发展的需要,衬底材料的制备要求简洁,本钱不宜很高。衬底尺寸一般不小于2英寸。

当前用于GaN基LED的衬底材料比较多,但是能用于商品化的衬底目前只有3种,即蓝宝石和碳化硅和硅衬底。其它诸如GaN、ZnO衬底还处于研发阶段,离产业化还有一段距离。

氮化镓:

用于GaN生长的最理想衬底是GaN单晶材料,可大大提高外延膜的晶体质量,下降位错密度,提高器件工作寿命,提高发光效力,提高器件工作电流密度。但是制备GaN体单晶非常困难,到目前为止还未有行之有效的办法。

氧化锌:

ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底,是由于两者具有非常惊人的类似之处。二者晶体结构相同、晶格识别度非常小,禁带宽度接近(能带不连续值小,接触势垒小)。但是,ZnO作为GaN外延衬底的致命弱点是在GaN外延生长的温度和气氛中易分解和腐蚀。目前,ZnO半导体材料尚不能用来制造光电子器件或高温电子器件,主要是材料质量达不到器件水平和P型搀杂问题没有得到真正解决,合适ZnO基半导体材料生长的装备还没有研制成功。

蓝宝石:

用于GaN生长最普遍的衬底是Al2O3.其优点是化学稳定性好,不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟。导热性差虽然在器件小电流工作中没有暴露明显不足,却在功率型器件大电流工作下问题十分突出。

碳化硅:

SiC作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石,目前快三平台的晶能光电的江风益教授在Si衬底上生长出了可以用来商业化的LED外延片。Si衬底在导热性、稳定性方面要优于蓝宝石,价格也远远低于蓝宝石,是一种非常有前途的衬底。SiC衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等,但不足方面也很突出,如价格太高,晶体质量难以到达Al2O3和Si那么好、机械加工性能比较差,另外,SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光,不适合用来研发380纳米以下的紫外LED.由于SiC衬底有益的导电性能和导热性能,可以较好地解决功率型GaNLED器件的散热问题,故在半导体照明技术领域占重要地位。

同蓝宝石相比,SiC与GaN外延膜的晶格匹配得到改善。另外,SiC具有蓝色发光特性,而且为低阻材料,可以制作电极,使器件在包装前对外延膜进行完全测试成为可能,增强了SiC作为衬底材料的竞争力。由于SiC的层状结构易于解理,衬底与外延膜之间可以获得高质量的解理面,这将大大简化器件的结构;但是同时由于其层状结构,在衬底的表面常有给外延膜引入大量的缺陷的台阶出现。

实现发光效力的目标要寄希望于GaN衬底的LED,实现低成本,也要通过GaN衬底致使高效、大面积、单灯大功率的实现,和带动的工艺技术的简化和成品率的大大提高。半导体照明一旦成为现实,其意义不亚于爱迪生发明白炽灯。一旦在衬底等关键技术领域取得突破,其产业化进程将会获得长足发展。

……双色OLED和冷光屏的关系

液晶是一种几近完全透明的物资。它的份子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代,人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射,由此引发了人们发明液晶显示装备的动机。

液晶显示器,简称LCD(Liquid Crystal Display)。世界上第一台液晶显示装备出现在20世纪70年代初,被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。尽管是单色显示,它仍被推广到了电子表、计算器等领域。80年代,STN-LCD(超扭曲向列)液晶显示器出现,同时TFT-LCD(薄膜晶体管)液晶显示器技术被研发出来,但液晶技术仍未成熟,难以普及。80年代末90年代初,日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术,LCD工业开始高速发展。

TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜场效应晶体管LCD,是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。

和TN技术不同的是,TFT的显示采取“背透式”照耀方式——假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上。这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照耀时通过下偏光板向上透出。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会产生改变,可以通过遮光和透光来到达显示的目的,响应时间大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的对比度和更丰富的色采,荧屏更新频率也更快,故TFT俗称“真彩”。

相对DSTN而言,TFT-LCD的主要特点是为每一个像素配置一个半导体开关器件。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。因而每一个节点都相对独立,并可以进行连续控制。这样的设计方法不但提高了显示屏的反应速度,同时也可以精确控制显示灰度,这就是TFT色彩较DSTN更加逼真的缘由。

目前,绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采取TFT-LCD。初期的TFT-LCD主要用于笔记本电脑的制造。虽然在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的缘由,TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距。加上极低的成品率致使其高昂的价格,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物。

不过,随着技术的不断发展,良品率不断提高,加上一些新技术的出现,使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步,拉近了与传统CRT显示器的差距。如今,大多数主流LCD显示器的响应时间都提高到50ms以下,这些都为LCD走向主流铺平了道路。

LCD的运用市场应当说是潜力巨大。但就液晶面板生产能力而言,全世界的LCD主要集中在快三平台台湾、韩国和日本三个主要生产基地。亚洲是LCD面板研发及生产制造的中心,而台、日、韩三大产地的发展情况各有不同。

目前主流的TFT面板有a-Si(非晶硅薄膜晶体管) TFT技术和LTPS TFT(低温复晶硅)TFT技术。

在a-Si方面,三个生产基地的技术各有千秋。日本厂商曾研制出分辨率高达2560×2048的LCD产品。因此,有些人认为,a-Si TFT技术完全可满足高分辨率的产品需要,但是,由于技术的不成熟,它还不能满足高速视频影象或动画等的需要。LTPS TFT相对可以勤俭本钱,这对于TFT LCD的推广有着重要意义。目前,日本厂商已经有量产12.1英寸LTPS TFT LCD的能力。而快三平台台湾已开发完成LTPS组件制造技术与LTPS SXGA面板技术。韩国在这方面缺少专门的设计人员和研发专家,但像3星等主要企业已推出了LTPS产品,显示出韩国厂商的实力。不过,目前LTPS技术尚不成熟,产品集中在小屏幕,而且良品率低,本钱优势尚无从谈起。

与LTPS相比,a-Si无疑是目前TFT LCD的主流。日本快三平台的a-Si TFT投资策略上几乎都以第三代LCD产品为主,通过制造技术及良品率的改良来提高产量,降低成本。日本一直走高端路线,其技术无疑是最先进的。由于研发气力有限,台湾的a-Si TFT技术主要来自日本厂商的转让,但由于台湾企业一般属于劳动密集型,技术含量价低,以生产低端产品为主。韩国在a-Si方面有着强大的研发实力,比如三星快三平台就量产了全球第一台24寸a-Si TFT LCD—240T,它的响应时间小于25ms,可以满足一般应用需要;而可视角度到达了160度,使得LCD在传统弱项上不输给CRT。三星240T标志着大屏幕TFT LCD技术走向成熟,也向世人展现了韩国厂商的实力无可置疑。

除了以上两种TFT技术之间的竞争,SED将会成为TFT LCD的强大敌人。但是,SED目前仍属于概念型产品,短时间内难以进入主流市场。

虽然目前LCD已经大幅降价,但是相对于CRT仍然价格较高。因此本钱问题是大家关注的焦点。实际上,TFT的生产成本与CRT不相上下,但良品率极低造成了TFT面板本钱居高不下的情况。TFT面板是由一块较大的基板切割而成。而LCD产品还要有大量的晶体管阵列来控制三原色,现在的制造技术很难保证在一大块基板上数千万乃至上亿的晶体管不出一个问题。如果有一个晶体管出现问题,那末那个晶体管对应的点的对应色采就会出问题(只能显示某种固定色采),那末这个点就是通常称的“坏点”。坏点出现的几率于位置是不固定的,所以一块基板很有可能会被浪费很多。目前一般LCD要求坏点在5个以下,而一些大厂把这个标准缩小到了3个,乃至为0,这就会使良品率下降。而1些小厂则将坏点数扩大,这样一来,本钱自然大幅下落,而产品品质随之下落,这也是某些厂商为什么可以大幅下降LCD售价的原因之一。

虽然目前有能力生产液晶显示器的厂家不少,但真正有制造TFT面板能力的厂家寥寥可数。ACER作为IT业内知名企业,实力相当雄厚,虽没有自己生产TFT面板的能力,但与台湾达基关系密切,在技术配合上有一定优势。不过,限于台湾企业的技术实力,ACER LCD产品主要集中在中低端。PHILIPS作为世界知名的显示装备制造厂,其显示器销量在国内一直名列前茅,而且于韩国LG达成同盟,共同研发、制造TFT面板。一样由于技术原因,和市场定位问题,PHILIPS目前的产品主要集中在中端,而且在零售市场PHILIPS动作一直不很明显。三星作为另外一实力强劲的显示装备研发、制造厂商,在LCD方面投入了较大精力,致力于不断丰富产品线,目前三星产品涵盖了高中低端市场。

LCD技术仍处在不断发展、完善的阶段,3大产地的发展方向各有不同,它们之间既存在竞争,又有着合作。正是这些因素促使了LCD向前发展。

来源:电子工程

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