Zupełnie nowy, oryginalny układ scalony Komponenty elektroniczne Obsługa chipów Ic Usługa BOM DS90UB953TRHBRQ1

1.Dlaczego krzem na chipy?Czy istnieją materiały, które mogą go w przyszłości zastąpić?
Surowcem do produkcji chipów są wafle, które składają się z krzemu.Istnieje błędne przekonanie, że „piasek można wykorzystać do produkcji chipsów”, ale tak nie jest.Głównym składnikiem chemicznym piasku jest dwutlenek krzemu, głównym składnikiem chemicznym szkła i płytek jest również dwutlenek krzemu.Różnica polega jednak na tym, że szkło jest krzemem polikrystalicznym, a podgrzewanie piasku w wysokich temperaturach daje krzem polikrystaliczny.Z drugiej strony płytki są krzemem monokrystalicznym i jeśli są wykonane z piasku, należy je dalej przekształcić z krzemu polikrystalicznego w krzem monokrystaliczny.

Czym właściwie jest krzem i dlaczego można go wykorzystać do produkcji chipów, opowiemy o tym po kolei w tym artykule.

Pierwszą rzeczą, którą musimy zrozumieć, jest to, że materiał krzemowy nie jest bezpośrednim przejściem do etapu chipa, krzem jest rafinowany z piasku kwarcowego z pierwiastka krzemu, liczba protonów pierwiastka krzemu niż pierwiastka aluminium o jeden więcej, niż pierwiastka fosforu o jeden mniej , to nie tylko materialna podstawa współczesnych elektronicznych urządzeń komputerowych, ale także ludzie poszukujący życia pozaziemskiego, jednego z podstawowych możliwych elementów.Zwykle po oczyszczeniu i rafinacji krzemu (99,999%) można go przetworzyć na płytki krzemowe, które następnie są krojone na płytki.Im cieńsza płytka, tym niższy koszt wytworzenia chipa, ale tym większe wymagania dotyczące procesu chipowania.

Trzy ważne etapy przekształcania krzemu w płytki

W szczególności przekształcanie krzemu w płytki można podzielić na trzy etapy: rafinacja i oczyszczanie krzemu, wzrost monokrystalicznego krzemu i formowanie płytki.

W naturze krzem występuje zazwyczaj w postaci krzemianu lub dwutlenku krzemu w piasku i żwirze.Surowiec umieszcza się w elektrycznym piecu łukowym w temperaturze 2000°C i w obecności źródła węgla, a wysoka temperatura służy do reakcji dwutlenku krzemu z węglem (SiO2 + 2C = Si + 2CO) w celu otrzymania krzemu o jakości metalurgicznej ( czystość około 98%).Jednak ta czystość nie jest wystarczająca do przygotowania elementów elektronicznych, dlatego należy ją dalej oczyszczać.Pokruszony krzem metalurgiczny jest chlorowany gazowym chlorowodorem w celu wytworzenia ciekłego silanu, który jest następnie destylowany i redukowany chemicznie w procesie, w wyniku którego otrzymuje się polikrzem o wysokiej czystości o czystości 99,9999999999% jako krzem klasy elektronicznej.

Jak więc uzyskać krzem monokrystaliczny z krzemu polikrystalicznego?Najpopularniejszą metodą jest metoda bezpośredniego ciągnięcia, podczas której polikrzem umieszcza się w tyglu kwarcowym i podgrzewa do temperatury 1400°C na obwodzie, w wyniku czego powstaje stopiony polikrzem.Oczywiście jest to poprzedzone zanurzeniem w nim kryształu zaszczepiającego i poleceniem, aby pręt ciągnący przenosił kryształ zaszczepiający w przeciwnym kierunku, jednocześnie powoli i pionowo wyciągając go w górę ze stopionego krzemu.Polikrystaliczny stopiony krzem przykleja się do dna kryształu zaszczepiającego i rośnie w górę w kierunku sieci krystalicznej zaszczepiającej, która po wyciągnięciu i ochłodzeniu urasta do postaci pojedynczego kryształu o tej samej orientacji sieci co wewnętrzny kryształ zaszczepiający.Na koniec wafle monokryształowe są bębnowane, cięte, szlifowane, fazowane i polerowane, aby wyprodukować najważniejsze wafle.

W zależności od rozmiaru cięcia, wafle krzemowe można sklasyfikować jako 6”, 8”, 12” i 18”.Im większy rozmiar wafla, tym więcej wiórów można wyciąć z każdego wafla i tym niższy jest koszt jednego chipa.
2.Trzy ważne etapy przemiany krzemu w płytki

W szczególności przekształcanie krzemu w płytki można podzielić na trzy etapy: rafinacja i oczyszczanie krzemu, wzrost monokrystalicznego krzemu i formowanie płytki.

W naturze krzem występuje zazwyczaj w postaci krzemianu lub dwutlenku krzemu w piasku i żwirze.Surowiec umieszcza się w elektrycznym piecu łukowym w temperaturze 2000°C i w obecności źródła węgla, a wysoka temperatura służy do reakcji dwutlenku krzemu z węglem (SiO2 + 2C = Si + 2CO) w celu otrzymania krzemu o jakości metalurgicznej ( czystość około 98%).Jednak ta czystość nie jest wystarczająca do przygotowania elementów elektronicznych, dlatego należy ją dalej oczyszczać.Pokruszony krzem metalurgiczny jest chlorowany gazowym chlorowodorem w celu wytworzenia ciekłego silanu, który jest następnie destylowany i redukowany chemicznie w procesie, w wyniku którego otrzymuje się polikrzem o wysokiej czystości o czystości 99,9999999999% jako krzem klasy elektronicznej.

Jak więc uzyskać krzem monokrystaliczny z krzemu polikrystalicznego?Najpopularniejszą metodą jest metoda bezpośredniego ciągnięcia, podczas której polikrzem umieszcza się w tyglu kwarcowym i podgrzewa do temperatury 1400°C na obwodzie, w wyniku czego powstaje stopiony polikrzem.Oczywiście jest to poprzedzone zanurzeniem w nim kryształu zaszczepiającego i poleceniem, aby pręt ciągnący przenosił kryształ zaszczepiający w przeciwnym kierunku, jednocześnie powoli i pionowo wyciągając go w górę ze stopionego krzemu.Polikrystaliczny stopiony krzem przykleja się do dna kryształu zaszczepiającego i rośnie w górę w kierunku sieci krystalicznej zaszczepiającej, która po wyciągnięciu i ochłodzeniu urasta do postaci pojedynczego kryształu o tej samej orientacji sieci co wewnętrzny kryształ zaszczepiający.Na koniec wafle monokryształowe są bębnowane, cięte, szlifowane, fazowane i polerowane, aby wyprodukować najważniejsze wafle.

W zależności od rozmiaru cięcia, wafle krzemowe można sklasyfikować jako 6”, 8”, 12” i 18”.Im większy rozmiar wafla, tym więcej wiórów można wyciąć z każdego wafla i tym niższy jest koszt jednego chipa.

Dlaczego krzem jest najodpowiedniejszym materiałem do produkcji chipów?

Teoretycznie wszystkie półprzewodniki mogą być stosowane jako materiały na chipy, ale główne powody, dla których krzem jest najbardziej odpowiednim materiałem do produkcji chipów, są następujące.

1, zgodnie z rankingiem zawartości pierwiastków w Ziemi, w kolejności: tlen > krzem > glin > żelazo > wapń > sód > potas ...... widać, że krzem jest na drugim miejscu, zawartość jest ogromna, co również pozwala na chip, aby mieć niemal niewyczerpane zapasy surowców.

2, właściwości chemiczne i właściwości materiału krzemu są bardzo stabilne, najwcześniejszym tranzystorem jest użycie germanu z materiałów półprzewodnikowych, ale ponieważ temperatura przekracza 75 ℃, przewodność będzie dużą zmianą, przekształconą w złącze PN po odwrotnej stronie prąd upływowy germanu niż krzemu, dlatego bardziej odpowiedni jest wybór elementu krzemowego jako materiału na chipy;

3, technologia oczyszczania pierwiastków krzemowych jest dojrzała i tania, obecnie oczyszczanie krzemu może osiągnąć 99,9999999999%.

4, sam materiał silikonowy jest nietoksyczny i nieszkodliwy, co jest również jednym z ważnych powodów, dla których wybrano go jako materiał do produkcji chipów.