Топ 5 причини за използването на силиций в електрониката като полупроводников материал

Топ 5 причини за използването на силиций в електрониката като полупроводников материал

С термина „електроника“ има много неща, които можете да свържете, особено компоненти на електронни платки като транзистори, диоди, интегрални схеми и т.н. Ако сте напълно наясно с тези компоненти, трябва да сте наясно и с преобладаващата употреба на силиций при производството на тези компоненти.



Употреба на силиций

Употреба на силиций

Какво е силиций?

Силицият е полупроводников материал с атомно число 14, разположен в група 4 на периодичната система. Чистият аморфен силиций е приготвен за първи път от Джоунс Якоб Берцелиус през 1824 г., докато кристалният силиций е приготвен за първи път от Хенри Етиен през 1854 г.






Какво представляват полупроводниците?

Полупроводниците не са нищо друго освен материали с изолационни свойства в чиста форма и проводящи свойства, когато са легирани или добавени с примеси. Полупроводниците обикновено имат лентова междина (енергия, необходима на електроните да се освободят от ковалентна връзка) между изолаторите (максимална междинна междина) и проводниците (минималната междинна междина). Проводимостта или потокът от заряд в полупроводниците се дължи на движението на свободни електрони или дупки.

Ако сте запознати с периодичната таблица, трябва да сте наясно с групите в периодичната таблица. Полупроводниковите материали обикновено присъстват в група 4 на периодичната таблица или също като комбинация от група 3 и група 6, или като комбинация от група 2 и група 4 също. Най-широко използваните полупроводници са силиций, германий и галий-арсенид.



И така, какво прави Силиция като най-предпочитания полупроводников материал в електрониката?

Следните са най-честите причини:


1. Изобилие от силиций

Основната и най-видната причина за популярността на силиция като материал по избор е неговото изобилие. След това на линия с кислорода, който е около 46% в земната кора, силиций образува около 28% от земната кора. Той е широко достъпен под формата на пясък (силициев диоксид) и кварц.

Изобилие на силиций в природата

Изобилие на силиций в природата

2. Производство на силиций

Силициевите пластини, които се използват за производството на интегрални схеми и електронни компоненти са произведени с помощта на ефективни и икономични техники. Чист силиций или полисилиций се получава чрез следните стъпки:

  • Кварцът е създаден да реагира с кокс за получаване на металургичен силиций в електрическа пещ.
  • Металургичната След това силиций се превръща до трихлоросилан (TCS) в реактори с кипящ слой.
  • Впоследствие TCS се пречиства чрез дестилация и след това се разлага върху горещи силициеви нишки в реактор, заедно с водород. И накрая, полученото е полисилициева пръчка.

След това полисилициевата пръчка кристализира по метода на Czochralski за получаване на силициеви кристали или блокове. Тези блокове накрая се нарязват на вафли, като се използват методите за рязане с ID или тел.

Производство на силиций

Производство на силиций

Всички горепосочени процеси улесняват постигането на необходимия диаметър, ориентация, проводимост, концентрация на легиране и концентрация на кислород, необходими за производството на силициеви пластини.

3. Химични свойства

Химичните свойства се отнасят до тези свойства, по отношение на които се определя реакцията на материалите с други. Химичните свойства зависят пряко от атомната структура на елемента. Кристалният силиций, използван най-вече в електрониката, се състои от диамантовидна структура. Всяка единична клетка се състои от 8 атома в a брава решетка подреждане. Това прави чистия силиций изключително стабилен при стайна температура в сравнение с други материали като германий.
По този начин чистият силиций е най-малко засегнат от вода, киселина или пара. Също така, при по-висока температура в стопено състояние, силиций лесно образува оксиди и нитриди и дори сплави.

4. Силициева структура

Физическите свойства на силиция също допринасят за неговата популярност и използване като полупроводников материал.

Силициева структура

Силициева структура

  • Силицият притежава умерена енергийна лента от 1,12eV при 0 K. Това прави силиция стабилен елемент в сравнение с германия и намалява вероятността от изтичане на ток. Обратният ток е в наноампери и е много нисък.
  • Кристалната структура на силиция се състои от лицева центрирана кубична решетъчна структура с 34% плътност на опаковане. Това позволява лесно заместване на атомите на примесите в празните места на решетката. С други думи, концентрацията на допинг е доста висока, около 10 ^ 21 атома / cm ^ 3.

Това също така увеличава възможността за добавяне на примеси като кислород като интерстициални атоми в кристалната решетка. Това осигурява силна механична якост на вафлите срещу различни видове напрежения като термични, механични или гравитационни.

  • Напрежението за силициевите диоди е 0,7 V, което е по-високо в сравнение с германиевите диоди. Това ги прави по-стабилни и подобрява използването на силиций като токоизправители.

5. Силициев диоксид

Последната, но не на последно място причина за огромната популярност на силиция, е лекотата, с която той образува оксиди. Силициевият диоксид е най-широко използваният изолатор в IC технологията поради изключително стабилната си химическа природа в сравнение с други оксиди като Германий, който е водоразтворим и се разлага при температура от 800 градуса по Целзий.

Силициев диоксид

Силициев диоксид

Силициевият диоксид може да се отглежда термично с помощта на кислород върху силициеви пластини при по-висока температура или да се депонира с използване на Silane и кислород.

Използва се силициев диоксид:

  • В техниките за производство на IC като офорт, дифузия, йонна имплантация и др.
  • В Диелектрици за електронните устройства.
  • Като ултратънък слой за MOS и CMOS устройства. Това всъщност увеличи широката популярност на CMOS устройства с висок входен импеданс.
  • В 3D устройства в MEMs технология .

И така, това са най-големите причини за нарастващото използване на силиций в електрониката. Надяваме се, че досега може би сте получили ясно разбиране и подходящи разсъждения защо силиций се използва като полупроводников материал за разработване на проекти, базирани на електроника. Ето един прост, но интригуващ въпрос за вас: Защо силиций не се използва в светодиоди и фотодиоди?

Кредити за снимки: