VCSELs、迷你/ microLEDs、电力和射频设备指向另一个繁荣的技术。
一些设备制造商正在开发或增加新的摘要化学汽相淀积(金属)系统的市场,希望捕获应用程序的下一波增长领域。
中各种金属设备供应商之间的竞争是非常激烈的市场,即德国爱思强公司股价,AMEC Veeco。此外,金属设备供应商正在寻找2020年恢复增长,但商业环境仍然是多云的。
金属是一个关键的系统用于生产激光、发光二极管,光电组件,电源/射频设备和太阳能电池。市场的技术已经好几年了。基本上,一个金属系统存款薄的单晶层表面上的设备。金属通常被用来存款III-V化合物半导体材料,如磷化铟(InP)、砷化镓(砷化镓)和氮化镓(GaN),设备上。
最大的金属市场一直是发光二极管,但这段一直处于低迷状态。所以供应商集中他们的努力在其他市场。“比如,你有面部ID的VCSEL的繁荣,”罗纳德·Arif说,高级产品营销经理Veeco。“现在,我们正在考虑潜在的另一大热潮。这是主要用于miniLEDs和microLEDs。”
针对下一代显示器,microLEDs和miniLEDs都较小的版本今天的发光二极管(led)。所有发光二极管将电能转化为光。垂直腔面发射激光器(VCSELs)与此同时,使面部识别功能的智能手机。面部识别检测手机的主人并打开它。此外,金属也使GaN-based射频和电力半导体器件。
尽管无数的增长动力,金属设备市场是一个喜忧参半。在经历了2019年放缓,金属供应商正在寻找在2020年反弹,尽管经济复苏可能需要时间。总的来说,金属设备市场在2020年预计将达到4.45亿美元,低于4.65亿年的2019美元,根据Bob Johnson, Gartner的分析师。
低迷的商业环境和其他因素影响金属市场。全年的增长最快的领域是电力电子,VCSELs及相关产品。“我估计,这可能是一个2亿到2.5亿美元的市场,“Patrick Ho说,Stifel Nicolaus分析师。“很难说多少增长,因为行业仍在通过一些库存过剩这个市场。”
金属是什么?
全年最初北美航空公司(Rockwell)在1968年发明的。早期的金属工具是建立内部,用于种植III-V基质材料。
第一个商业金属系统出现在1980年代。金属已经发展成为一个在市场上几种沉积技术。沉积是一个过程,沉积材料或电影在一个表面上的毯子。
有几种沉积类型的市场工具,和每一个都是针对不同的应用程序。多年来,芯片制造商使用化学汽相淀积(CVD)产生逻辑和内存设备工厂。“在CVD,气体易制毒化学品流入室包含硅片过程。这些前兆反应在晶圆表面,形成所需的电影以及副产物从箱中删除,”丹尼斯·豪斯曼说,技术总监在沉积组在林的研究,在一个博客。
物理气相沉积(PVD)是另一种工具表面上形成薄膜。原子层沉积(ALD)是一种不同的技术,材料沉积一层。
全年都是不同的,也许不像其他知名或理解像CVD沉积类型。心血管疾病利用反应堆气源。同一反应器可用于金属,但全年利用摘要来源。
简单来说,晶片被加载到一个金属系统和纯气体注入反应堆。气流由化学前体,分解的反应堆。反应使晶体的生长层设备上。将这个过程称为外延,是薄层的沉积衬底。
金属是用来III-V材料。“如果你看一下主要材料系统增加了金属,它们属于两类材料。一个是出的基础。蓝宝石上氮化镓,在碳化硅、氮化镓和氮化镓硅电力电子,“Veeco Arif解释道。
第二类属于砷磷化集团,其中包括砷化镓并输入。“这是VCSELs和边缘发射激光。迷你和microLEDs是两者的结合。红色是磷化砷。蓝色绿色是氮化镓,”Arif说。
每个金属供应商都有一个不同的方式,使系统的生长过程。例如,德国爱思强公司股价的金属工具使用水平层流气流。
Veeco称为TurboDisc金属系统使用不同的技术。在系统中,晶片在高速旋转。TurboDisc结合层流垂直注气和高速转盘在真空环境中,使外延生长具有良好的千篇一律。
Veeco最新的系统,称为腔金属平台,包括两个模型。应用包括边缘发射激光,迷你/ microLEDs和VCSELs。磷化的工具能够沉淀砷外延层150毫米晶圆。
Veeco的系统有能力处理几个不同的应用程序在同一平台。竞争对手德国爱思强公司股价正在类似的系统。
大到小发光二极管
所有这些已经有很长的历史,可以追溯到1962年,当通用电气开发第一个可见光谱LED外延过程的早期使用。后来,金属被用于制造发光二极管。
LED是PN二极管,它将电能转化为光。发光二极管有不同的配置,如单色和多色。一个RGB(红、绿、蓝)领导是一个流行的类型。使用led背光的LCD显示屏、广告牌、消费电子产品和固态照明。
发光二极管是由晶圆厂。这个过程始于一个蓝宝石或碳化硅(原文如此)衬底。使用金属氮化镓沉积在衬底上。然后,经历一系列的结构模式,沉积和蚀刻步骤。
LED的大热潮发生在2000年代,当固态照明市场起飞。LED灯是有吸引力的,因为他们比传统白炽灯消耗更少的能量。
但在此期间,许多领导公司从中国进入市场,随后建立了太多的工厂产能。到2010年,LED市场陷入供过于求模式,导致价格暴跌。
当时,中国政府发放补贴导致制造商在中国购买金属工具。领导供应商买了太多的工具,造成市场供过于求的系统,。
今天,这种情况在中国几乎是相同的。“中国大规模补贴导致过度领导能力建设。金属市场现在情况严重的产能过剩的氮化镓生产领导”表示含有杏仁的Pizzagalli,分析师Yole开发署。
在中国,领导的大宗商品业务是由一个金属供应商。”商品蓝色LED市场已经被中国垄断,即看来,这是不可能改变在可预见的未来," Stifel Nicolaus Ho说。
尽管如此,有一些新的和潜在的大型金属超出了led的机会。许多公司正在两个相关技术称为microLEDs和miniLEDs。苹果、Facebook、三星和台积电的只是一些公司发展microLEDs。
领导的传统miniLED是一个较小的版本从100年μm以上规模和范围。像led, miniLEDs针对背光显示。
还在研发,microLEDs微观版本的LED。少于100μm microLED措施,可以领导的一个常规的1/100。
MicroLEDs self-emissive和不需要背光。理论上,一个显示使用microLEDs提供更多的颜色和亮度较低的权力高于今天的显示。
MicroLEDs是针对两个主要显示类型。“microLEDs的开发区,我们看到工业方面正取得不错的进展向microLED显示的商业化——非常大的显示器或非常小的衣物没有显示,”贝恩德•肖特说,德国爱思强公司股价的总统,在最近的一次电话会议。
但是microLEDs也面临着一些挑战。例如,一个高清电视需要600万个人microLEDs。所以工厂,600万microLEDs必须制造,然后转移到电视的底板。制造集中使用microLEDs也是艰巨的。
有多种方法让microLEDs。在一个流,第一步是让各式各样的microLEDs衬底。为此,氮化镓或其他材料使用金属衬底上沉积。
这是一个挑战性的过程。“Defectivity和波长均匀性的挑战,“Veeco Arif说。
金属的另一个挑战是产生高质量外延生长在大晶片人口紧千篇一律。高的外延产量要求减少死像素显示的可能性。
“microLED设备水平,外延过程步骤必须很好地控制,以确保没有产量限制粒子,坑,划痕,”Steve Hiebert说道,说高级营销主任心理契约。“内联检查和计量在epi至关重要,使随后的高产和一致性。epi后,microLED芯片形成,控制模式缺陷对高收益至关重要。一个主要的挑战是microLED芯片的结构复杂、体积小。microLEDs,这些维度是一到两个数量级小于传统的led,使灵敏度高的晶片检查能够检测更小、亚微米尺度缺陷。”
金属后一步,与此同时,由此产生的结构与多种microLEDs衬底。然后,个人microLEDs丁,然后转移到一个测试底板使用传质技术。有几种方法可以转移microLEDs底板,都是具有挑战性的。
所有的步骤都需要各种过程控制措施。“它是至关重要的有效检验和计量过程中各个步骤,以确保高产量,“Subodh Kulkarni的总裁兼首席执行官CyberOptics。“六个关键步骤包括柔性电路的进料品质检验,锡膏检查、自动光学检测的预处理和post-reflow阶段,坐标测量的充填后导致死亡,和最终的测试”。
总之,microLEDs不准备就绪。该行业仍然需要更多的创新。
三维传感起飞
垂直腔表面发射激光器(VCSELs)也热技术。一个VCSEL一是从汤姆斯激光二极管发出一束光从其上表面垂直,根据Finisar。
VCSELs多层结构。一个活跃的地区是夹在两个分布式布拉格反射镜(DBR)。一个典型的VCSEL由60到70层。结构总厚度约10 um。
图1所示。典型的VCSEL截面来源:族化合物(aapl . o:行情)。
“你有DBR,镜子,底部发光的活跃区,和镜子,“Veeco Arif说。“活跃区发光。它被顶部和底部反弹层很多次。每一次活跃层,它被放大。在某种程度上,放大是如此之高,以至于它克服了镜子,一束激光的反射率芽。”
砷化镓材料的广泛的类用于VCSELs。“在一个典型的商业VCSEL的结构,使用了一种材料,如砷化镓、indium-gallium-arsenide (InGaAs) gallium-arsenide-phosphide (GaAsP)和aluminum-gallium-arsenide (AlGaAs),”Arif说。“VCSEL活跃地区是我们称之为multi-quantum结构。这是由一个InGaAs砷化镓量子井夹,AlGaAs或GaAsP量子障碍。”
使用金属开发的多层结构。CD控制和均匀性是至关重要的。另一个问题是成本。“我们的顾客会越来越多的压力,降低成本等这些高端设备VCSELs,”德国爱思强公司股价的舒尔特说。
1996年由霍尼韦尔商业化,VCSELs用于鼠标等电脑外设。然后,在2004年,Finisar买了霍尼韦尔的VCSEL部门和技术扩展到网络领域。一段时间,VCSELs用作光源在fiber-to-copper接口运营级网络设备的数据。
VSCELs 2017年开始起飞,当苹果在iPhone x包含这个组件对许多称之为三维传感铺平了道路。
苹果的手机包括三个传感器模块使用VCSELs(点、照明器和距离)。首先,一个点投影仪生产超过30000点的红外线的对象,根据LEDinside。光反射的对象创建一个3 d的风景。数据传递到芯片识别人脸进行身份验证,根据LEDinside解锁手机,。
其他智能手机厂商正在开发手机和三维传感特性。此外,VCSELs搬到其他应用程序。“VCSEL的未来应用程序可以应用于汽车、工业、游戏和军事,”巴里林说,首席技术官Wavetek, III-V铸造供应商是联电新业务集团的一部分。“此外,新格式micro-VCSEL成像和显示应用程序正在进行中。”
林一些新兴VCSELs申请上市。其中包括:
与氮化镓
氮化镓是另一个大的金属市场。氮化镓是一个二进制III-V材料击穿场强的10倍相比,硅,和电子的数量增加一倍。
甘多年来,已被用于生产发光二极管,功率半导体和射频设备。“甘可用于电子或光子,”林说。“由于其高能带,细分领域会非常高。另一个特点是它的高迁移率。因此,氮化镓可以非常高的转换效率在电源管理。RF应用乐队也可以非常高。”
每个产品类型使用不同的过程。在一个GaN-based功率半导体元件流,薄薄的一层氮化铝(AlN)沉积在衬底。使用金属氮化镓层生长在镍的层。源,大门和排水形成氮化镓层。
“金属,一般的挑战在氮化镓磷化和砷。在性能方面,诸如一致性、材料质量、defectivity,接口清晰度和背景掺杂剂浓度是至关重要的,“Veeco Arif说。
GaN起飞的射频版本为无线网络基站。在基站射频GaN是针对功率放大器。但GaN-based安培面临一些来自现任技术的竞争。传统上,基站功率放大器使用基于laterally-diffused金属氧化物半导体(LDMOS)设备。
“甘碳化硅半导体公布限制的工程师和设计师硅以前所未有的力量和效率。GaN跨多个应用程序利用较小,提高了系统性能较轻的设备,具有高功率密度和高频率操作的能力。爆炸性增长的5 g革命,这是由指数数据速率和带宽需求,GaN碳化硅是最佳的材料来支持这一技术,”格哈德•沃尔夫说,射频产品的副总裁和总经理Wolfspeed, Cree公司。
此外,氮化镓也用于semicoductors力量。GaN-based功率半导体与igbt、功率场效应管和碳化硅电力设备。氮化镓常被比作原文如此。都是宽禁带材料,这意味着它们比硅更高效的igbt、功率场效应管的设备。
“在很多方面,比碳化硅GaN潜力更大。它是适合解决大容量应用程序快速充电解决方案由于其优异的性能在高频率。此外,它已经融入硅技术的潜力,”大卫·海恩斯说,战略营销主管林的研究。
“然而,从技术角度来看,甘比碳化硅仍不成熟。如果一个人认为GaN-on-silicon HEMT(高电子迁移率晶体管)技术,产量仍是一个问题,因为硅氮化镓全年增长的质量,”海恩斯说。“也有挑战与设备性能和可靠性。这些后来因素高度相关HEMT制造过程。”
结论
显然,金属是一个关键技术,在许多方面已经酝酿。多年来,主要是与led相关。现在,沉积技术是为一些新的和新兴应用铺平了道路。
像大多数设备市场,2020年全年供应商面临挑战性的商业环境。可以肯定的是,德国爱思强公司股价,AMEC Veeco也许别人会互相争夺新的和新兴应用。竞争才刚刚开始。
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