Ar terminu “elektronika” jūs varat saistīt daudzas lietas, īpaši elektronisko shēmu plates piemēram, tranzistori, diodes, IC un tā tālāk. Ja esat pilnībā informēts par šīm sastāvdaļām, jums jāzina arī dominējošais silīcija lietojums arī šo komponentu ražošanā.

Silīcija izmantošana

Kas ir silīcijs?

Silīcijs ir pusvadītāju materiāls ar atomu skaitli 14, kas atrodas periodiskās tabulas 4. grupā. Tīro amorfo silīciju pirmo reizi sagatavoja Džons Džeikobs Berzeliuss 1824. gadā, savukārt kristālisko silīciju pirmo reizi sagatavoja Henrijs Etjēns 1854. gadā.

Kas ir pusvadītāji?

Pusvadītāji ir nekas cits kā materiāli ar izolācijas īpašībām tīrā veidā un vadošām īpašībām, ja tos pielieto vai pievieno ar piemaisījumiem. Pusvadītājiem parasti ir joslu atstarpe (enerģija, kas nepieciešama elektronu atdalīšanai no kovalentās saites) starp izolatoriem (maksimālā joslu atstarpe) un vadītājiem (minimālā joslu atstarpe). Lādiņa vadīšana vai plūsma pusvadītājos ir saistīta ar brīvo elektronu vai caurumu kustību.

Ja esat iepazinies ar periodisko tabulu, jums jāzina periodiskās tabulas grupas. Pusvadītāju materiāli parasti ir periodiskās tabulas 4. grupā vai arī kā 3. un 6. grupas kombinācija, vai arī kā 2. un 4. grupas kombinācija. Visplašāk izmantotie pusvadītāji ir silīcijs, ģermānijs un gallija-arsenīds.

Tātad, kas padara silīciju par vēlamāko pusvadītāju materiālu elektronikā?

Šie ir galvenie iemesli:

1. Silīcija pārpilnība

Galvenais un vissvarīgākais iemesls silīcija kā izvēlēta materiāla popularitātei ir tā pārpilnība. Pēc kārtas pēc skābekļa, kura zemes garozā ir aptuveni 46%, silīcijs veido apmēram 28% no zemes garozas. Tas ir plaši pieejams smilšu (silīcija dioksīda) un kvarca formā.

Silīcija pārpilnība dabā

2. Silīcija ražošana

Silīcija plāksnītes, kuras izmanto IC un elektroniskās sastāvdaļas tiek ražoti, izmantojot efektīvas un ekonomiskas metodes. Tīru silīciju vai polisilīciju iegūst, veicot šādas darbības:

Kvarcs tiek reaģēts ar koksu, lai elektriskajā krāsnī iegūtu metalurģisko silīciju.
Metalurģiskais silīcija pēc tam tiek pārveidota līdz trihlorosilānam (TCS) lejasdaļas reaktoros.
Pēc tam TCS attīra, destilējot, un pēc tam reaktorā kopā ar ūdeņradi sadala uz karstām silīcija pavedieniem. Visbeidzot, rezultāts ir poli-silīcija stienis.

Poli-silīcija stienis pēc tam tiek kristalizēts, izmantojot Czochralski metodi, lai iegūtu silīcija kristālus vai lietņus. Šie lietņi beidzot tiek sagriezti plāksnēs, izmantojot ID griešanas vai stiepļu griešanas metodes.

Silīcija ražošana

Visi iepriekš minētie procesi atvieglo vajadzīgā diametra, orientācijas, vadītspējas, dopinga koncentrācijas un skābekļa koncentrācijas sasniegšanu, kas nepieciešami silīcija vafeļu ražošanai.

3. Ķīmiskās īpašības

Ķīmiskās īpašības attiecas uz tām īpašībām, attiecībā uz kurām ir noteikta materiālu reakcija ar citiem. Ķīmiskās īpašības ir tieši atkarīgas no elementa atomu struktūras. Kristāliskais silīcijs, ko galvenokārt izmanto elektronikā, sastāv no dimanta veida struktūras. Katra šūnas vienība sastāv no 8 atomiem a bravais režģis vienošanās. Tas padara tīru silīciju ļoti stabilu istabas temperatūrā, salīdzinot ar citiem materiāliem, piemēram, germāniju.
Tādējādi tīru silīciju vismazāk ietekmē ūdens, skābe vai tvaiks. Arī augstākā temperatūrā izkausētā stāvoklī silīcijs viegli veido oksīdus un nitrīdus un pat sakausējumus.

4. Silīcija struktūra

Silīcija fizikālās īpašības arī veicina tā popularitāti un izmantošanu kā pusvadītāju materiālu.

“iespiedshēmas plates veidi ”

Silīcija struktūra

Silīcijā ir mērena enerģijas joslas atstarpe 1,12 eV pie 0 K. Tas padara silīciju par stabilu elementu salīdzinājumā ar germāniju un samazina noplūdes strāvas iespējamību. Reversā strāva ir nano ampēros un ir ļoti zema.
Silīcija kristālisko struktūru veido sejveida kubiskā režģa struktūra ar 34% iepakojuma blīvumu. Tas ļauj viegli aizstāt piemaisījumu atomus tukšās režģa vietās. Citiem vārdiem sakot, dopinga koncentrācija ir diezgan augsta, apmēram 10 ^ 21 atoms / cm ^ 3.

Tas arī palielina iespēju piemaisījumus, piemēram, skābekli, pievienot kā starpposma atomus kristāla režģī. Tas nodrošina plašu mehānisko izturību pret dažāda veida spriegumiem, piemēram, termiskiem, mehāniskiem vai gravitācijas spēkiem.

Silīcija diodēm uz priekšu ir 0,7 V spriegums, kas ir augstāks, salīdzinot ar germānija diodēm. Tas padara tos stabilākus un uzlabo silīcija izmantošanu kā taisngriežus.

5. Silīcija dioksīds

Pēdējais, bet ne mazāk svarīgais silīcija milzīgās popularitātes iemesls ir tas, cik viegli tas veido oksīdus. Silīcija dioksīds ir visplašāk izmantotais izolators IC tehnoloģijā, pateicoties tā ārkārtīgi stabilajam ķīmiskajam raksturam, salīdzinot ar citiem oksīdiem, piemēram, germāniju, kas šķīst ūdenī un sadalās 800 grādu temperatūrā.

Silikona dioksīds

“maiņstrāvas un līdzstrāvas padeves atšķirība ”

Silīcija dioksīdu var termiski audzēt, izmantojot skābekli virs silīcija plāksnēm augstākā temperatūrā, vai nogulsnēt, izmantojot silānu un skābekli.

Tiek izmantots silīcija dioksīds:

IC ražošanas paņēmienos, piemēram, kodināšana, difūzija, jonu implantēšana utt.
Elektronisko ierīču dielektriķos.
Kā Ultrathin slānis MOS un CMOS ierīcēm. Tas ir ietekmējis CMOS ierīču ar augstu ieejas pretestību plašo popularitāti.
3D ierīcēs MEMs tehnoloģija .

Tātad, šie ir galvenie iemesli, kāpēc arvien vairāk tiek izmantots silīcijs elektronikā. Mēs ceram, ka līdz šim jūs, iespējams, esat guvis skaidru izpratni un piemērotu pamatojumu par to, kāpēc silīciju izmanto kā pusvadītāju materiālu elektronikā balstītu projektu izstrādē. Šeit ir vienkāršs, tomēr intriģējošs jautājums: Kāpēc silīciju neizmanto gaismas diodēs un fotodiodēs?

Foto kredīti: