Gloednieuwe echte originele IC voorraad Elektronische Componenten Ic Chip Ondersteuning BOM Service DS90UB953TRHBRQ1

1.Waarom silicium voor chips?Zijn er materialen die dit in de toekomst kunnen vervangen?
De grondstof voor chips zijn wafers, die zijn samengesteld uit silicium.Er bestaat een misvatting dat "zand kan worden gebruikt om chips te maken", maar dit is niet het geval.De belangrijkste chemische component van zand is siliciumdioxide, en de belangrijkste chemische component van glas en wafels is ook siliciumdioxide.Het verschil is echter dat glas polykristallijn silicium is en dat het verwarmen van zand bij hoge temperaturen polykristallijn silicium oplevert.Wafers daarentegen zijn monokristallijn silicium, en als ze uit het zand worden gemaakt, moeten ze verder worden getransformeerd van polykristallijn silicium naar monokristallijn silicium.

Wat is silicium precies en waarom kan je er chips van maken, dat leggen we in dit artikel één voor één uit.

Het eerste dat we moeten begrijpen is dat siliciummateriaal geen directe sprong naar de chipstap is, silicium wordt geraffineerd uit kwartszand uit het element silicium, het protongetal van siliciumelementen dan het element aluminium één meer, dan het element fosfor één minder Het is niet alleen de materiële basis van moderne elektronische computerapparatuur, maar ook mensen die op zoek zijn naar buitenaards leven zijn een van de fundamentele mogelijke elementen.Wanneer silicium wordt gezuiverd en verfijnd (99,999%), kan het gewoonlijk worden vervaardigd tot siliciumwafels, die vervolgens in wafels worden gesneden.Hoe dunner de wafer, hoe lager de productiekosten van de chip, maar hoe hoger de vereisten voor het chipproces.

Drie belangrijke stappen bij het omzetten van silicium in wafers

Concreet kan de transformatie van silicium in wafers worden onderverdeeld in drie stappen: siliciumraffinage en -zuivering, monokristallijne siliciumgroei en wafervorming.

In de natuur wordt silicium doorgaans aangetroffen in de vorm van silicaat of siliciumdioxide in zand en grind.De grondstof wordt in een vlamboogoven geplaatst bij 2000°C en in aanwezigheid van een koolstofbron, en de hoge temperatuur wordt gebruikt om siliciumdioxide te laten reageren met koolstof (SiO2 + 2C = Si + 2CO) om silicium van metallurgische kwaliteit te verkrijgen ( zuiverheid rond 98%).Deze zuiverheid is echter niet voldoende voor de bereiding van elektronische componenten, dus moet deze verder worden gezuiverd.Het gemalen silicium van metallurgische kwaliteit wordt gechloreerd met gasvormig waterstofchloride om vloeibaar silaan te produceren, dat vervolgens wordt gedestilleerd en chemisch gereduceerd door een proces dat polysilicium met een hoge zuiverheid oplevert met een zuiverheid van 99,9999999999% als silicium van elektronische kwaliteit.

Dus hoe krijg je monokristallijn silicium uit polykristallijn silicium?De meest gebruikelijke methode is de directe trekmethode, waarbij polysilicium in een kwartskroes wordt geplaatst en aan de rand wordt verwarmd tot een temperatuur van 1400 °C, waardoor een polysiliciumsmelt ontstaat.Uiteraard wordt dit voorafgegaan door er een zaadkristal in te dopen en de trekstaaf het zaadkristal in de tegenovergestelde richting te laten dragen terwijl het langzaam en verticaal uit de siliciumsmelt naar boven wordt getrokken.De polykristallijne siliciumsmelt kleeft aan de bodem van het kiemkristal en groeit omhoog in de richting van het kiemkristalrooster, dat na eruit te zijn getrokken en afgekoeld uitgroeit tot een monokristallijne staaf met dezelfde roosteroriëntatie als het binnenste kiemkristal.Ten slotte worden de wafels met één kristal getrommeld, gesneden, geslepen, afgeschuind en gepolijst om de allerbelangrijkste wafels te produceren.

Afhankelijk van de snijgrootte kunnen siliciumwafels worden geclassificeerd als 6", 8", 12" en 18".Hoe groter de afmeting van de wafel, hoe meer chips uit elke wafel kunnen worden gesneden, en hoe lager de kosten per chip.
2.Drie belangrijke stappen in de transformatie van silicium in wafers

Concreet kan de transformatie van silicium in wafers worden onderverdeeld in drie stappen: siliciumraffinage en -zuivering, monokristallijne siliciumgroei en wafervorming.

In de natuur wordt silicium doorgaans aangetroffen in de vorm van silicaat of siliciumdioxide in zand en grind.De grondstof wordt in een vlamboogoven geplaatst bij 2000°C en in aanwezigheid van een koolstofbron, en de hoge temperatuur wordt gebruikt om siliciumdioxide te laten reageren met koolstof (SiO2 + 2C = Si + 2CO) om silicium van metallurgische kwaliteit te verkrijgen ( zuiverheid ongeveer 98%).Deze zuiverheid is echter niet voldoende voor de bereiding van elektronische componenten, dus moet deze verder worden gezuiverd.Het gemalen silicium van metallurgische kwaliteit wordt gechloreerd met gasvormig waterstofchloride om vloeibaar silaan te produceren, dat vervolgens wordt gedestilleerd en chemisch gereduceerd door een proces dat polysilicium met een hoge zuiverheid oplevert met een zuiverheid van 99,9999999999% als silicium van elektronische kwaliteit.

Dus hoe krijg je monokristallijn silicium uit polykristallijn silicium?De meest gebruikelijke methode is de directe trekmethode, waarbij polysilicium in een kwartskroes wordt geplaatst en aan de rand wordt verwarmd tot een temperatuur van 1400 °C, waardoor een polysiliciumsmelt ontstaat.Uiteraard wordt dit voorafgegaan door er een zaadkristal in te dopen en de trekstaaf het zaadkristal in de tegenovergestelde richting te laten dragen terwijl het langzaam en verticaal uit de siliciumsmelt naar boven wordt getrokken.De polykristallijne siliciumsmelt kleeft aan de bodem van het kiemkristal en groeit omhoog in de richting van het kiemkristalrooster, dat na eruit te zijn getrokken en afgekoeld uitgroeit tot een monokristallijne staaf met dezelfde roosteroriëntatie als het binnenste kiemkristal.Ten slotte worden de wafels met één kristal getrommeld, gesneden, geslepen, afgeschuind en gepolijst om de allerbelangrijkste wafels te produceren.

Afhankelijk van de snijgrootte kunnen siliciumwafels worden geclassificeerd als 6", 8", 12" en 18".Hoe groter de afmeting van de wafel, hoe meer chips uit elke wafel kunnen worden gesneden, en hoe lager de kosten per chip.

Waarom is silicium het meest geschikte materiaal om chips van te maken?

Theoretisch kunnen alle halfgeleiders als chipmateriaal worden gebruikt, maar de belangrijkste redenen waarom silicium het meest geschikte materiaal is om chips te maken zijn als volgt.

1, volgens de rangschikking van het elementaire gehalte van de aarde, in volgorde: zuurstof > silicium > aluminium > ijzer > calcium > natrium > kalium ...... kan zien dat silicium op de tweede plaats staat, het gehalte is enorm, wat ook de chip om over een vrijwel onuitputtelijke voorraad grondstoffen te beschikken.

2, de chemische eigenschappen en materiaaleigenschappen van siliciumelementen zijn zeer stabiel, de vroegste transistor is het gebruik van halfgeleidermaterialen germanium om te maken, maar omdat de temperatuur hoger is dan 75 ℃, zal de geleidbaarheid een grote verandering zijn, gemaakt in een PN-overgang na het omgekeerde lekstroom van germanium dan van silicium, dus de selectie van een siliciumelement als chipmateriaal is geschikter;

3, de zuiveringstechnologie voor siliciumelementen is volwassen en goedkoop, tegenwoordig kan de zuivering van silicium 99,9999999999% bereiken.

4. Het siliciummateriaal zelf is niet giftig en onschadelijk, wat ook een van de belangrijke redenen is waarom het wordt gekozen als productiemateriaal voor chips.