A félvezető ipar sarokköve a fém szilikon (szilíciumfém), különösen az ultra-nagy tisztaságú formájában (elektronikus minőségű szilícium, EG-Si). Egyedi tulajdonságai lehetővé teszik a fejlett elektronikus eszközök előállítását. Az alábbiakban bemutatjuk a legfontosabb alkalmazásait:
1. Integrált áramkörök (ICS) és mikrochipek
Szerep:A szilícium az alapanyag a félvezető ostyák gyártásához.
Folyamat:
Ultra-pure silicon (>99.9999999% vagy 9N tisztaság) átalakulmonokristályos szilikon rúdaCzochralski (CZ) folyamatvagyúszó zóna (FZ) módszer.
A réseket vékony ostyákba szeleteljük (pl. 300 mm átmérőjű) az IC gyártáshoz.
Kulcskomponensek:
Tranzisztorok:A szilikon ostyákat olyan elemekkel adalékolják, mint a bór (P-típusú) vagy a foszfor (N-típusú) tranzisztorok létrehozása.
Mikroprocesszorok:A tranzisztorok milliárdjait integrálják a chipekbe a számításhoz (pl. CPU, GPU).
2. Táplálkozzon félvezető eszközökkel
Szilícium-alapú elektromos készülékek:
Diódok, mosfetek, IGBT -k:Power elektronikában használják az energiaátalakításhoz (pl. Inverterek, motoros meghajtók).
Tirisztorok:Ellenőrizze a nagy teljesítményű alkalmazásokat az ipari rendszerekben.
Előny:A Szilícium sávszélessége (1,1 eV) kiegyensúlyozza a hatékonyságot és a költségeket a közepes feszültségű alkalmazásokhoz.
3. Memória chips
DRAM (dinamikus véletlenszerű hozzáférésű memória):Az adatokat ideiglenesen tárolja a szilícium-alapú kondenzátorok és tranzisztorok felhasználásával.
Nand Flash memória:Nem illékony tároló SSD-kben, USB-meghajtókban és mobil eszközökben.
A feltörekvő technológiák:
3D NAND:A szilíciumrétegeket függőlegesen rakják össze a tárolási sűrűség növelése érdekében.
4. Napelemek (fotovoltaika)
Solar minőségű szilícium (SOG-SI):
A polikristályos vagy monokristályos szilícium ostyák a napfényt elektromosá alakítják.
Hatékonyság: Monocrystalline silicon cells achieve >22% -os hatékonyság.
Folyamat:
A fémkohászati szilíciumot 6N - 7N tisztaságra tisztítják, majd rúdká kristályosítják és napelemekbe szeleteljük.
5. Érzékelők és mems
Mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS):
A szilícium mechanikai stabilitása és kompatibilitása az IC folyamatokkal lehetővé teszi a miniatürizált érzékelőket (pl. Gyorsítómérők, giroszkópok).
Optikai érzékelők:A szilícium fotodiódok kimutatják a fényt a kamerákban és a lidar rendszerekben.
6. Optoelektronika
Fénykibocsátó diódák (LED-ek):A szilícium szubsztrátokat néhány infravörös LED -hez használják.
Photodetectors:A szilícium-alapú eszközök a száloptikai kommunikáció fényét észlelik.
7. Ostya gyártási technológiái
Litográfia:A szilícium ostyákat UV vagy EUV fény felhasználásával mintázzák, hogy nanométer méretű áramköröket hozzanak létre.
Maratás és lerakódás:Szilícium -dioxid (SIO₂) és szilícium -nitrid (si₃n₄) rétegeket használnak szigetelőkként vagy maszkként.
8. Fejlett csomagolás
Átmenő-szilikon VIAS (TSVS):Engedélyezze a 3D chip egymásra rakását a nagy teljesítményű számítástechnikához.
Szilícium -interposerek:Csatlakoztasson több chipet az Advanced Package -ban (pl. Az AMD Ryzen processzorai).
A félvezető használatának legfontosabb tulajdonságai
Félvezetőképesség:A dopping szilícium szabályozza annak elektromos viselkedését (p-típusú/n-típusú).
Hőstabilitás:Ellenőrizni a magas hőmérsékletű feldolgozást (pl. Oxidáció, diffúzió).
Kristályszerkezet:A gyémánt köbös rács lehetővé teszi a pontos atomszintű mérnöki munkát.
Bőség:A szilícium a Föld kéregének második legnépszerűbb eleme, biztosítva a költséghatékonyságot.
Kihívások és innovációk
Tisztasági követelmények:A bór (B) és a foszfor (P) eltávolítása a Sub-PPB szintre kritikus jelentőségű az eszköz megbízhatósága szempontjából.
Miniatürizálás:Extrém ultraibolya (EUV) litográfia a szilícium ostya feldolgozását a 2NM csomópontokra tolja.
Alternatív anyagok:Míg a szilícium uralkodik, a vegyületek kedvelikGaNésSicnagyfrekvenciás/nagy teljesítményű résekre használják.
