Med begrepet ‘elektronikk’ er det mange ting du kan assosiere, spesielt elektroniske kretskortkomponenter som transistorer, dioder, IC og så videre. Hvis du er helt klar over disse komponentene, må du være oppmerksom på den gjeldende silisiumbruken også i produksjonen av disse komponentene.

Bruk av silisium

Hva er silisium?

Silisium er et halvledermateriale med et atomnummer på 14, lokalisert i gruppe 4 i det periodiske systemet. Rent amorft silisium ble først fremstilt av Jones Jacob Berzelius i 1824, mens krystallinsk silisium ble først fremstilt av Henry Etienne i 1854.

Hva er halvledere?

Halvledere er bare materialer med isolerende egenskaper i ren form og ledende egenskaper når de dopes eller tilsettes med urenheter. Halvledere har vanligvis et båndgap (energi som kreves for at elektroner skal løsne fra kovalent binding) mellom isolatorer (maksimalt båndgap) og ledere (minimum båndgap). Ledningen eller strømmen av ladning i halvledere skyldes bevegelse av frie elektroner eller hull.

Hvis du er kjent med det periodiske systemet, må du være oppmerksom på gruppene i et periodisk system. Halvledermaterialer er vanligvis til stede i gruppe 4 i det periodiske systemet eller er også til stede som en kombinasjon av gruppe 3 og gruppe 6, eller som en kombinasjon av gruppe 2 og gruppe 4 også. De mest brukte halvledere er silisium, Germanium og Gallium-Arsenide.

Så, hva gjør Silicon til det mest foretrukne halvledermaterialet i elektronikk?

Følgende er de viktigste årsakene:

1. overflod av silisium

Den fremste og mest fremtredende årsaken til at silisium er populært som et valgmateriale, er overflod. Neste på linje med oksygen som er omtrent 46% i jordskorpen, danner Silicon omtrent 28% av jordskorpen. Den er allment tilgjengelig i form av sand (silika) og kvarts.

Silikon overflod i naturen

2. Silisiumproduksjon

Silisiumplatene som brukes til produksjon av IC og elektroniske komponenter produseres ved hjelp av effektive og økonomiske teknikker. Rent silisium eller poly-silisium oppnås ved følgende trinn:

Kvarts er laget for å reagere med koks for å produsere metallurgisk silisium i en elektrisk ovn.
Det metallurgiske silisium blir deretter omdannet til triklorsilan (TCS) i reaktorer med fluidisert sjikt.
Deretter renses TCS ved destillasjon og spaltes deretter på varme silisiumfilamenter i en reaktor sammen med hydrogen. Til slutt er den resulterende en poly-silisiumstang.

Poly-silisiumstangen krystalliseres deretter ved bruk av Czochralski-metoden for å oppnå silisiumkrystaller eller -blokker. Disse ingots blir endelig kuttet i wafers ved hjelp av ID-skjæring eller wire cutting metoder.

Silisiumproduksjon

Alle de ovennevnte prosessene letter oppnåelsen av den nødvendige diameter, orientering, ledningsevne, dopingkonsentrasjon og oksygenkonsentrasjon som er nødvendig for produksjon av silisiumplater.

3. Kjemiske egenskaper

Kjemiske egenskaper refererer til de egenskapene som reaksjonen av materialer med andre er definert for. De kjemiske egenskapene avhenger direkte av elementets atomstruktur. Krystallinsk silisium som hovedsakelig brukes i elektronikk, består av en diamantlignende struktur. Hver enhetscelle består av 8 atomer i en bravais gitter ordning. Dette gjør rent silisium veldig stabilt ved romtemperatur sammenlignet med andre materialer som Germanium.
Dermed blir rent silisium minst påvirket av vann, syre eller damp. Også ved høyere temperatur i smeltet tilstand danner silisium lett oksider og nitrider og til og med legeringer.

4. Silisiumstruktur

De fysiske egenskapene til Silicon bidrar også til dets popularitet og bruk som halvledermateriale.

“typer kretskort ”

Silisiumstruktur

Silisium har et moderat energibåndgap på 1,12eV ved 0 K. Dette gjør silisium til et stabilt element sammenlignet med Germanium og reduserer sjansen for lekkasjestrøm. Omvendt strøm er i nano-ampere og er veldig lav.
Krystallstruktur av silisium består av ansiktsentrisk kubisk gitterstruktur med 34% tetthet. Dette tillater enkel erstatning av urenhetsatomer på de tomme stedene i gitteret. Med andre ord er dopingkonsentrasjonen ganske høy, ca 10 ^ 21atomer / cm ^ 3.

Dette forbedrer også muligheten for å tilsette urenheter som oksygen som de interstitielle atomer i krystallgitteret. Dette gir wafers sterk mekanisk styrke mot forskjellige typer påkjenninger som termisk, mekanisk eller gravitasjon.

Fremover spenning for silisiumdioder er 0,7 V, som er høyere når man sammenligner med Germanium-dioder. Dette gjør dem mer stabile og forbedrer silisiumbruk som likerettere.

5. Silisiumdioksid

Den siste, men ikke minst, årsaken til den enorme populariteten til silisium, er hvor lett det danner oksider. Silisiumdioksid er den mest brukte isolatoren innen IC-teknologi på grunn av sin ekstremt stabile kjemiske natur når den sammenlignes med andre oksider som Germanium, som er vannløselig og spaltes ved en temperatur på 800 grader Celsius.

Silisiumdioksid

“hva er funksjonen til en elektrisk motor ”

Silisiumdioksyd kan dyrkes termisk ved hjelp av oksygen over silisiumplater ved høyere temperatur eller avsettes ved bruk av silan og oksygen.

Silisiumdioksid brukes:

I IC-fabrikasjonsteknikker som etsing, diffusjon, ionimplantasjon, etc.
I Dielectrics for the electronic devices.
Som et ultratynt lag for MOS- og CMOS-enheter. Dette har infact økt den store populariteten til CMOS-enheter med høy inngangsimpedans.
I 3D-enheter i MEMs teknologi .

Så dette er de viktigste årsakene til den økende bruken av silisium i elektronikk. Vi håper at du nå har fått en klar forståelse og passende resonnement på hvorfor silisium brukes som et halvledermateriale for å utvikle elektronikkbaserte prosjekter. Her er et enkelt, men likevel spennende spørsmål for deg: Hvorfor brukes ikke silisium i lysdioder og fotodioder?

Fotokreditter: