العلامة التجارية الجديدة حقيقية الأصلي IC الأسهم مكونات إلكترونية Ic رقاقة دعم خدمة BOM DS90UB953TRHBRQ1

1. لماذا السيليكون للرقائق؟وهل هناك مواد يمكن أن تحل محلها في المستقبل؟
المادة الخام للرقائق هي الرقائق التي تتكون من السيليكون.هناك فكرة خاطئة مفادها أنه "يمكن استخدام الرمل لصنع الرقائق"، لكن هذا ليس هو الحال.المكون الكيميائي الرئيسي للرمل هو ثاني أكسيد السيليكون، والمكون الكيميائي الرئيسي للزجاج والرقائق هو أيضًا ثاني أكسيد السيليكون.لكن الفرق هو أن الزجاج عبارة عن سيليكون متعدد البلورات، وأن تسخين الرمال عند درجات حرارة عالية ينتج عنه سيليكون متعدد البلورات.من ناحية أخرى، فإن الرقاقات عبارة عن سيليكون أحادي البلورية، وإذا كانت مصنوعة من الرمال فإنها تحتاج إلى مزيد من التحويل من السيليكون متعدد البلورات إلى السيليكون أحادي البلورية.

ما هو السيليكون بالضبط ولماذا يمكن استخدامه لصنع الرقائق، سنكشف عن ذلك في هذا المقال واحدًا تلو الآخر.

أول شيء علينا أن نفهمه هو أن مادة السيليكون ليست قفزة مباشرة إلى خطوة الرقاقة، حيث يتم تكرير السيليكون من رمل الكوارتز من عنصر السيليكون، وعدد بروتونات عنصر السيليكون من عنصر الألومنيوم واحد أكثر، من عنصر الفوسفور واحد أقل ، فهو ليس الأساس المادي لأجهزة الحوسبة الإلكترونية الحديثة فحسب، بل إنه أيضًا أحد العناصر الأساسية الممكنة للأشخاص الذين يبحثون عن حياة خارج كوكب الأرض.عادة، عندما يتم تنقية السيليكون وتنقيته (99.999%)، يمكن تصنيعه إلى رقائق السيليكون، والتي يتم بعد ذلك تقطيعها إلى شرائح.كلما كانت الرقاقة أرق، انخفضت تكلفة تصنيع الرقاقة، ولكن زادت متطلبات عملية الرقاقة.

ثلاث خطوات مهمة في تحويل السيليكون إلى رقائق

على وجه التحديد، يمكن تقسيم تحويل السيليكون إلى رقائق إلى ثلاث خطوات: تكرير السيليكون وتنقيته، ونمو السيليكون البلوري المفرد، وتشكيل الرقاقة.

في الطبيعة، يوجد السيليكون عمومًا على شكل سيليكات أو ثاني أكسيد السيليكون في الرمل والحصى.توضع المادة الخام في فرن القوس الكهربائي عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية وبوجود مصدر كربون، وتستخدم درجة الحرارة المرتفعة لتفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع الكربون (SiO2 + 2C = Si + 2CO) للحصول على سيليكون من الدرجة المعدنية ( نقاء حوالي 98٪).ومع ذلك، فإن هذا النقاء ليس كافيًا لتحضير المكونات الإلكترونية، لذا يجب تنقيته بشكل أكبر.تتم معالجة السيليكون المعدني المسحوق بالكلور مع كلوريد الهيدروجين الغازي لإنتاج سيلاني سائل، والذي يتم بعد ذلك تقطيره واختزاله كيميائيًا من خلال عملية تنتج بولي سيليكون عالي النقاء بنقاء 99.9999999999٪ كسيليكون من الدرجة الإلكترونية.

إذًا كيف يمكنك الحصول على السيليكون أحادي البلورات من السيليكون متعدد البلورات؟الطريقة الأكثر شيوعًا هي طريقة السحب المباشر، حيث يتم وضع البولي سيليكون في بوتقة كوارتز وتسخينه بدرجة حرارة 1400 درجة مئوية مثبتة في المحيط، مما ينتج عنه ذوبان البولي سيليكون.بالطبع، يسبق ذلك غمس بلورة البذرة فيها وجعل قضيب السحب يحمل بلورة البذرة في الاتجاه المعاكس بينما يسحبها ببطء وعموديًا إلى أعلى من مصهور السيليكون.يلتصق ذوبان السيليكون متعدد البلورات بالجزء السفلي من بلورة البذرة وينمو لأعلى في اتجاه الشبكة البلورية للبذور، والتي بعد سحبها وتبريدها تنمو لتصبح شريطًا بلوريًا واحدًا بنفس اتجاه الشبكة مثل بلورة البذرة الداخلية.أخيرًا، يتم طحن الرقائق أحادية البلورة، وتقطيعها، وطحنها، وشطبها، وصقلها لإنتاج الرقاقات بالغة الأهمية.

اعتمادًا على حجم القطع، يمكن تصنيف رقائق السيليكون على أنها 6 و8 و12 و18 بوصة.كلما زاد حجم الرقاقة، زاد عدد الرقائق التي يمكن قطعها من كل رقاقة، وانخفضت تكلفة الرقاقة الواحدة.
2. ثلاث خطوات مهمة في تحويل السيليكون إلى رقائق

على وجه التحديد، يمكن تقسيم تحويل السيليكون إلى رقائق إلى ثلاث خطوات: تكرير السيليكون وتنقيته، ونمو السيليكون البلوري المفرد، وتشكيل الرقاقة.

في الطبيعة، يوجد السيليكون عمومًا على شكل سيليكات أو ثاني أكسيد السيليكون في الرمل والحصى.توضع المادة الخام في فرن القوس الكهربائي عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية وبوجود مصدر كربون، وتستخدم درجة الحرارة المرتفعة لتفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع الكربون (SiO2 + 2C = Si + 2CO) للحصول على سيليكون من الدرجة المعدنية ( نقاء حوالي 98٪).ومع ذلك، فإن هذا النقاء ليس كافيًا لتحضير المكونات الإلكترونية، لذا يجب تنقيته بشكل أكبر.تتم معالجة السيليكون المعدني المسحوق بالكلور مع كلوريد الهيدروجين الغازي لإنتاج سيلاني سائل، والذي يتم بعد ذلك تقطيره واختزاله كيميائيًا من خلال عملية تنتج بولي سيليكون عالي النقاء بنقاء 99.9999999999٪ كسيليكون من الدرجة الإلكترونية.

إذًا كيف يمكنك الحصول على السيليكون أحادي البلورات من السيليكون متعدد البلورات؟الطريقة الأكثر شيوعًا هي طريقة السحب المباشر، حيث يتم وضع البولي سيليكون في بوتقة كوارتز وتسخينه بدرجة حرارة 1400 درجة مئوية مثبتة في المحيط، مما ينتج عنه ذوبان البولي سيليكون.بالطبع، يسبق ذلك غمس بلورة البذرة فيها وجعل قضيب السحب يحمل بلورة البذرة في الاتجاه المعاكس بينما يسحبها ببطء وعموديًا إلى أعلى من مصهور السيليكون.يلتصق ذوبان السيليكون متعدد البلورات بالجزء السفلي من بلورة البذرة وينمو لأعلى في اتجاه الشبكة البلورية للبذور، والتي بعد سحبها وتبريدها تنمو لتصبح شريطًا بلوريًا واحدًا بنفس اتجاه الشبكة مثل بلورة البذرة الداخلية.أخيرًا، يتم طحن الرقائق أحادية البلورة، وتقطيعها، وطحنها، وشطبها، وصقلها لإنتاج الرقاقات بالغة الأهمية.

اعتمادًا على حجم القطع، يمكن تصنيف رقائق السيليكون على أنها 6 و8 و12 و18 بوصة.كلما زاد حجم الرقاقة، زاد عدد الرقائق التي يمكن قطعها من كل رقاقة، وانخفضت تكلفة الرقاقة الواحدة.

لماذا يعتبر السيليكون المادة الأنسب لصنع الرقائق؟

من الناحية النظرية، يمكن استخدام جميع أشباه الموصلات كمواد للرقائق، ولكن الأسباب الرئيسية التي تجعل السيليكون هو المادة الأكثر ملاءمة لصنع الرقائق هي كما يلي.

1، حسب ترتيب محتوى عناصر الأرض بالترتيب: الأكسجين > السيليكون > الألومنيوم > الحديد > الكالسيوم > الصوديوم > البوتاسيوم ...... يمكن أن نرى أن السيليكون في المرتبة الثانية، المحتوى ضخم، مما يسمح أيضًا رقاقة لديها إمدادات لا تنضب تقريبا من المواد الخام.

2، الخواص الكيميائية لعنصر السيليكون وخصائص المواد مستقرة جدًا، أول ترانزستور هو استخدام الجرمانيوم لأشباه الموصلات، ولكن نظرًا لأن درجة الحرارة تتجاوز 75 درجة مئوية، فإن الموصلية ستكون تغييرًا كبيرًا، ويتم تحويلها إلى تقاطع PN بعد العكس تسرب تيار الجرمانيوم من السيليكون، وبالتالي فإن اختيار عنصر السيليكون كمادة رقاقة هو أكثر ملاءمة؛

3، تكنولوجيا تنقية عنصر السيليكون ناضجة، ومنخفضة التكلفة، في الوقت الحاضر يمكن أن تصل تنقية السيليكون إلى 99.9999999999٪.

4، مادة السيليكون في حد ذاتها غير سامة وغير ضارة، وهذا أيضًا أحد الأسباب المهمة لاختيارها كمادة لتصنيع الرقائق.