Kho IC gốc chính hãng hoàn toàn mới Linh kiện điện tử Hỗ trợ chip Ic Dịch vụ BOM DS90UB953TRHBRQ1

1.Tại sao lại dùng silicon cho chip?Có vật liệu nào có thể thay thế nó trong tương lai không?
Nguyên liệu thô để sản xuất chip là tấm wafer, được làm từ silicon.Có quan niệm sai lầm rằng “cát có thể dùng để làm chip”, nhưng thực tế không phải vậy.Thành phần hóa học chính của cát là silicon dioxide, thành phần hóa học chính của thủy tinh và tấm bán dẫn cũng là silicon dioxide.Tuy nhiên, sự khác biệt là thủy tinh là silicon đa tinh thể và nung cát ở nhiệt độ cao sẽ tạo ra silicon đa tinh thể.Mặt khác, tấm wafer là silicon đơn tinh thể và nếu chúng được làm từ cát thì chúng cần được chuyển đổi thêm từ silicon đa tinh thể thành silicon đơn tinh thể.

Chính xác thì silicon là gì và tại sao nó có thể được sử dụng để sản xuất chip, chúng tôi sẽ tiết lộ từng điều một trong bài viết này.

Điều đầu tiên chúng ta cần hiểu là vật liệu silicon không phải là bước nhảy trực tiếp đến bước chip, silicon được tinh chế từ cát thạch anh ra khỏi nguyên tố silicon, số proton của nguyên tố silicon nhiều hơn nguyên tố nhôm một, so với nguyên tố phốt pho ít hơn một. , nó không chỉ là cơ sở vật chất của các thiết bị máy tính điện tử hiện đại mà còn là cơ sở để con người tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất, một trong những yếu tố cơ bản có thể có.Thông thường, khi silicon được tinh chế và tinh chế (99,999%), nó có thể được sản xuất thành các tấm silicon, sau đó được cắt thành các tấm wafer.Tấm wafer càng mỏng thì chi phí sản xuất chip càng thấp nhưng yêu cầu đối với quy trình chip càng cao.

Ba bước quan trọng để biến silicon thành tấm bán dẫn

Cụ thể, quá trình chuyển đổi silicon thành tấm wafer có thể được chia thành ba bước: tinh chế và tinh chế silicon, tăng trưởng silicon đơn tinh thể và hình thành wafer.

Trong tự nhiên, silicon thường được tìm thấy ở dạng silicat hoặc silicon dioxide trong cát và sỏi.Nguyên liệu thô được đặt trong lò hồ quang điện ở 2000°C và với sự có mặt của nguồn carbon, và nhiệt độ cao được sử dụng để phản ứng silicon dioxide với carbon (SiO2 + 2C = Si + 2CO) để thu được silicon loại luyện kim ( độ tinh khiết khoảng 98%).Tuy nhiên, độ tinh khiết này không đủ để chế tạo các linh kiện điện tử nên cần phải tinh chế thêm.Silicon loại luyện kim nghiền nát được clo hóa bằng hydro clorua dạng khí để tạo ra silan lỏng, sau đó được chưng cất và khử về mặt hóa học bằng một quy trình tạo ra polysilicon có độ tinh khiết cao với độ tinh khiết 99,9999999999% dưới dạng silicon loại điện tử.

Vậy làm thế nào để bạn có được silicon đơn tinh thể từ silicon đa tinh thể?Phương pháp phổ biến nhất là phương pháp kéo trực tiếp, trong đó polysilicon được đặt trong nồi nấu kim loại thạch anh và được nung nóng ở nhiệt độ 1400°C được giữ ở ngoại vi, tạo ra sự tan chảy của polysilicon.Tất nhiên, điều này được thực hiện trước bằng cách nhúng một tinh thể hạt vào đó và dùng thanh kéo mang tinh thể hạt theo hướng ngược lại trong khi kéo nó từ từ và theo chiều dọc lên trên từ silicon tan chảy.Silicon tan chảy đa tinh thể dính vào đáy của tinh thể hạt và phát triển hướng lên trên theo hướng của mạng tinh thể hạt, sau khi được kéo ra và làm nguội sẽ phát triển thành một thanh tinh thể duy nhất có cùng hướng mạng tinh thể với tinh thể hạt bên trong.Cuối cùng, các tấm bán dẫn đơn tinh thể được nhào trộn, cắt, mài, vát cạnh và đánh bóng để tạo ra những tấm bán dẫn vô cùng quan trọng.

Tùy thuộc vào kích thước cắt, tấm silicon có thể được phân loại thành 6", 8", 12" và 18".Kích thước của wafer càng lớn thì càng có nhiều chip được cắt ra từ mỗi wafer và chi phí cho mỗi chip càng thấp.
2.Ba bước quan trọng trong quá trình chuyển đổi silicon thành tấm bán dẫn

Cụ thể, quá trình chuyển đổi silicon thành tấm wafer có thể được chia thành ba bước: tinh chế và tinh chế silicon, tăng trưởng silicon đơn tinh thể và hình thành wafer.

Trong tự nhiên, silicon thường được tìm thấy ở dạng silicat hoặc silicon dioxide trong cát và sỏi.Nguyên liệu thô được đặt trong lò hồ quang điện ở 2000°C và với sự có mặt của nguồn carbon, và nhiệt độ cao được sử dụng để phản ứng silicon dioxide với carbon (SiO2 + 2C = Si + 2CO) để thu được silicon loại luyện kim ( độ tinh khiết khoảng 98%).Tuy nhiên, độ tinh khiết này không đủ để chế tạo các linh kiện điện tử nên cần phải tinh chế thêm.Silicon loại luyện kim nghiền nát được clo hóa bằng khí hydro clorua để tạo ra silane lỏng, sau đó được chưng cất và khử về mặt hóa học bằng một quy trình tạo ra polysilicon có độ tinh khiết cao với độ tinh khiết 99,9999999999% dưới dạng silicon cấp điện tử.

Vậy làm thế nào để bạn có được silicon đơn tinh thể từ silicon đa tinh thể?Phương pháp phổ biến nhất là phương pháp kéo trực tiếp, trong đó polysilicon được đặt trong nồi nấu kim loại thạch anh và được nung nóng ở nhiệt độ 1400°C được giữ ở ngoại vi, tạo ra sự tan chảy của polysilicon.Tất nhiên, điều này được thực hiện trước bằng cách nhúng một tinh thể hạt vào đó và dùng thanh kéo mang tinh thể hạt theo hướng ngược lại trong khi kéo nó từ từ và theo chiều dọc lên trên từ silicon tan chảy.Silicon tan chảy đa tinh thể dính vào đáy của tinh thể hạt và phát triển hướng lên trên theo hướng của mạng tinh thể hạt, sau khi được kéo ra và làm nguội sẽ phát triển thành một thanh tinh thể duy nhất có cùng hướng mạng tinh thể với tinh thể hạt bên trong.Cuối cùng, các tấm bán dẫn đơn tinh thể được nhào trộn, cắt, mài, vát cạnh và đánh bóng để tạo ra những tấm bán dẫn vô cùng quan trọng.

Tùy thuộc vào kích thước cắt, tấm silicon có thể được phân loại thành 6", 8", 12" và 18".Kích thước của wafer càng lớn thì càng có nhiều chip được cắt ra từ mỗi wafer và chi phí cho mỗi chip càng thấp.

Tại sao silicon là vật liệu phù hợp nhất để chế tạo chip?

Về mặt lý thuyết, tất cả các chất bán dẫn đều có thể được sử dụng làm vật liệu chip, nhưng những lý do chính khiến silicon là vật liệu phù hợp nhất để chế tạo chip như sau.

1, theo bảng xếp hạng hàm lượng nguyên tố của trái đất, theo thứ tự: oxy > silicon > nhôm > sắt > canxi > natri > kali ...... có thể thấy silicon đứng thứ hai, hàm lượng rất lớn, điều này cũng cho phép chip để có nguồn cung cấp nguyên liệu thô gần như vô tận.

2, tính chất hóa học của nguyên tố silicon và tính chất vật liệu rất ổn định, bóng bán dẫn sớm nhất là sử dụng vật liệu bán dẫn germanium để chế tạo, nhưng do nhiệt độ vượt quá 75oC, độ dẫn điện sẽ có sự thay đổi lớn, được tạo thành một điểm nối PN sau khi đảo ngược dòng điện rò rỉ của gecmani hơn silicon, do đó việc lựa chọn nguyên tố silicon làm vật liệu chip sẽ phù hợp hơn;

3, công nghệ tinh chế nguyên tố silicon đã trưởng thành và chi phí thấp, ngày nay khả năng tinh chế silicon có thể đạt tới 99,9999999999%.

4, bản thân vật liệu silicon không độc hại và vô hại, đó cũng là một trong những lý do quan trọng khiến nó được chọn làm vật liệu sản xuất chip.