Топ 5 разлога за употребу силицијума у ​​електроници као полупроводничком материјалу

Топ 5 разлога за употребу силицијума у ​​електроници као полупроводничком материјалу

Уз појам „електроника“ постоји много ствари које можете повезати, посебно компоненте електронских плочица попут транзистора, диода, ИЦ-а и тако даље. Ако сте потпуно свесни ових компонената, морате бити свесни и превладавајуће употребе силицијума у ​​производњи ових компонената.



Употреба силицијума

Употреба силицијума

Шта је силицијум?

Силицијум је полупроводнички материјал са атомским бројем 14, смештен у групи 4 периодног система. Чисти аморфни силицијум први пут је припремио Јонес Јацоб Берзелиус 1824. године, док је кристални силицијум први пут припремио Хенри Етиенне 1854. године.






Шта су полупроводници?

Полупроводници нису ништа друго до материјали са изолационим својствима у чистом облику и проводљивим својствима када се допирају или додају са нечистоћама. Полупроводници обично имају пропусни опсег (енергију потребну да се електрони ослободе ковалентне везе) између изолатора (максимални пропусни размак) и проводника (минимални пропусни размак). Проводљивост или проток наелектрисања у полупроводницима је последица кретања слободних електрона или рупа.

Ако сте упознати са периодним системом, морате бити свесни група у периодном систему. Полупроводнички материјали су обично присутни у групи 4 периодног система или су такође присутни као комбинација групе 3 и групе 6, или као комбинација групе 2 и групе 4 такође. Најчешће коришћени полупроводници су силицијум, германијум и галијум-арсенид.



Па, шта чини Силицијум најпожељнијим полупроводничким материјалом у електроници?

Следећи су најчешћи разлози:


1. Обиље силицијума

Најистакнутији и најистакнутији разлог популарности силицијума као одабраног материјала је његово обиље. Следећи у линији са кисеоником који је око 46% у земљиној кори, Силицијум чини око 28% земљине коре. Широко је доступан у облику песка (силицијум диоксида) и кварца.

Обиље силицијума у ​​природи

Обиље силицијума у ​​природи

2. Производња силицијума

Силицијумске плочице које се користе за производњу ИЦ и електронске компоненте се производе употребом ефикасних и економичних техника. Чисти силицијум или поли силицијум добијају се следећим корацима:

  • Кварц је створен да реагује са коксом да би произвео металуршки силицијум у електричној пећи.
  • Металуршки затим се силицијум претвара до трихлоросилана (ТЦС) у реакторима са флуидизованим слојем.
  • После тога, ТЦС се пречишћава дестилацијом, а затим разлаже на вруће силицијумске нити у реактору, заједно са водоником. Коначно, резултант је полисилицијумска шипка.

Поли-силицијумска шипка се затим кристалише методом Чохралског да би се добили силицијумски кристали или инготи. Ови инготи се коначно исеку у облатне методама сечења ИД или резањем жице.

Производња силицијума

Производња силицијума

Сви горе наведени поступци омогућавају постизање потребног пречника, оријентације, проводљивости, концентрације допинга и концентрације кисеоника потребних за производњу силицијумских плочица.

3. Хемијска својства

Хемијска својства се односе на она својства у погледу којих је дефинисана реакција материјала са другима. Хемијска својства директно зависе од атомске структуре елемента. Кристални силицијум који се углавном користи у електроници састоји се од дијамантске структуре. Свака јединична ћелија се састоји од 8 атома у а браваис решетка аранжман. То чини чисти силицијум изузетно стабилним на собној температури у поређењу са другим материјалима попут Германијума.
Дакле, на чисти силицијум најмање утичу вода, киселина или пара. Такође, на вишој температури у растопљеном стању силицијум лако ствара оксиде и нитриде, па чак и легуре.

4. Структура силицијума

Физичка својства силицијума такође доприносе његовој популарности и употреби као полупроводнички материјал.

Силицијумска структура

Силицијумска структура

  • Силицијум поседује умерени енергетски размак од 1,12еВ на 0 К. То чини силицијум стабилним елементом у поређењу са германијумом и смањује могућност струје цурења. Обрнута струја је у нано амперима и врло је мала.
  • Кристална структура силицијума састоји се од челичне центричне кубне решеткасте структуре са 34% густине паковања. То омогућава лако замењивање атома нечистоћа на празним местима решетке. Другим речима, концентрација допинга је прилично висока, око 10 ^ 21 атома / цм ^ 3.

Ово такође повећава могућност додавања нечистоћа попут кисеоника као интерстицијских атома унутар кристалне решетке. Ово пружа јаку механичку чврстоћу облатнама против различитих врста напрезања попут топлотних, механичких или гравитационих.

  • Предњи напон за силицијумске диоде је 0,7 В, што је веће у поређењу са германијумским диодама. То их чини стабилнијим и побољшава употребу силиција као исправљача.

5. Силицијум диоксид

Последњи, али не најмање важан разлог велике популарности силицијума, је лакоћа са којом он ствара оксиде. Силицијум диоксид је најчешће коришћени изолатор у ИЦ технологији због своје изузетно стабилне хемијске природе у поређењу са другим оксидима попут Германија, који је растворљив у води и разлаже се на температури од 800 степени Целзијуса.

Силицијум-диоксид

Силицијум-диоксид

Силицијум-диоксид се може термички узгајати помоћу кисеоника преко силицијумских плочица на вишим температурама или таложити помоћу силана и кисеоника.

Силицијум диоксид се користи:

  • У техникама израде ИЦ као што су нагризање, дифузија, имплантација јона итд.
  • У Диелецтрицс за електронске уређаје.
  • Као ултратанак слој за МОС и ЦМОС уређаје. Ово је у ствари повећало широку популарност ЦМОС уређаја са високом улазном импедансом.
  • У 3Д уређајима у МЕМс технологија .

Дакле, ово су највећи разлози за све већу употребу силицијума у ​​електроници. Надамо се да сте до сада можда имали јасно разумевање и прикладно образложење зашто се силицијум користи као полупроводнички материјал за развој пројеката заснованих на електроници. Ево једноставног, али интригантног питања за вас: Зашто се силицијум не користи у ЛЕД и фото диодама?

Фото кредити: