5 svarbiausios silicio naudojimo elektronikoje kaip puslaidininkinės medžiagos priežastys

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Su terminu „elektronika“ galite susieti daugybę dalykų, ypač elektroninės plokštės komponentai kaip tranzistoriai, diodai, IC ir pan. Jei visiškai žinote šiuos komponentus, turite žinoti ir vyraujantį silicio naudojimą gaminant šiuos komponentus.

Silicio naudojimas

Silicio naudojimas



Kas yra silicis?

Silicis yra puslaidininkinė medžiaga, kurios atominis skaičius yra 14, esanti periodinės lentelės 4 grupėje. Gryną amorfinį silicį pirmą kartą paruošė Jonesas Jacobas Berzeliusas 1824 m., O kristalinį silicį pirmasis paruošė Henry Etienne'as 1854 m.


Kas yra puslaidininkiai?

Puslaidininkiai yra ne kas kita, kaip medžiagos, pasižyminčios gryna izoliacine savybe ir laidžios savybės, legiruotos ar pridedamos su priemaišomis. Puslaidininkiai paprastai turi juostos tarpą (energiją, reikalingą elektronams išsiskirti iš kovalentinio ryšio) tarp izoliatorių (didžiausias juostos tarpas) ir laidininkų (mažiausias juostos tarpas). Puslaidininkių laidumą ar srautą lemia laisvųjų elektronų ar skylių judėjimas.



Jei esate susipažinę su periodine lentele, turite žinoti apie periodinės lentelės grupes. Puslaidininkių medžiagų paprastai yra periodinės lentelės 4 grupėje arba jos taip pat yra 3 ir 6 grupės deriniai arba 2 ir 4 grupės deriniai. Plačiausiai naudojami puslaidininkiai yra silicis, germanis ir galio arsenidas.

Taigi, kas daro silicį kaip labiausiai pageidaujamą puslaidininkinę medžiagą elektronikoje?

Toliau pateikiamos dažniausios priežastys:


1. Silicio gausa

Svarbiausia ir ryškiausia silicio, kaip pasirinktos medžiagos, populiarumo priežastis yra jo gausa. Kitas pagal deguonį, kurio žemės plutoje yra apie 46%, silicis sudaro apie 28% žemės plutos. Jis yra plačiai prieinamas smėlio (silicio dioksido) ir kvarco pavidalu.

Silicio gausa gamtoje

Silicio gausa gamtoje

2. Silicio gamyba

Silicio plokštelės, naudojamos IC ir Elektroniniai komponentai gaminami naudojant efektyvias ir ekonomiškas technikas. Grynas silicis arba poli silicis gaunamas atlikus šiuos veiksmus:

  • Kvarcas reaguoja su koksu, kad elektrinėje krosnyje gautų metalurginį silicį.
  • Metalurgijos tada silicis paverčiamas iki trichlorosilano (TCS) skystųjų sluoksnių reaktoriuose.
  • Vėliau TCS gryninamas distiliuojant, o tada reaktoriuje su vandeniliu skaidomas ant karštų silicio gijų. Galiausiai gaunamas polilicio strypas.

Poli silicio strypas tada kristalizuojamas naudojant Czochralski metodą, kad gautų silicio kristalus ar luitus. Šie luitai pagaliau supjaustomi į plokšteles, naudojant ID pjovimo arba vielos pjovimo metodus.

Silicio gamyba

Silicio gamyba

Visi minėti procesai padeda pasiekti reikiamą skersmenį, orientaciją, laidumą, dopingo koncentraciją ir deguonies koncentraciją, reikalingą silicio plokštelėms gaminti.

3. Cheminės savybės

Cheminės savybės reiškia tas savybes, kuriomis apibūdinama medžiagų reakcija su kitais. Cheminės savybės tiesiogiai priklauso nuo elemento atominės struktūros. Kristalinis silicis, dažniausiai naudojamas elektronikoje, susideda iš deimanto tipo struktūros. Kiekvieną ląstelės vienetą sudaro 8 atomai a bravais grotelės išdėstymas. Dėl to grynas silicis yra labai stabilus kambario temperatūroje, palyginti su kitomis medžiagomis, tokiomis kaip germanis.
Taigi grynam siliciui mažiausiai įtakos turi vanduo, rūgštis ar garai. Be to, esant aukštesnei temperatūrai, esant išlydytai būsenai, silicis lengvai formuoja oksidus, nitridus ir net lydinius.

4. Silicio struktūra

Fizinės silicio savybės taip pat prisideda prie jo populiarumo ir naudojimo kaip puslaidininkinė medžiaga.

Silicio struktūra

Silicio struktūra

  • Silicija turi vidutinį 1,12 eV energijos juostos tarpą esant 0 K. Tai daro silicį stabiliu elementu, palyginti su germaniu, ir sumažina nuotėkio srovės tikimybę. Atvirkštinė srovė yra nano amperuose ir yra labai maža.
  • Kristalinę silicio struktūrą sudaro veido centrinė kubinių gardelių struktūra, kurios pakavimo tankis yra 34%. Tai leidžia lengvai pakeisti priemaišų atomus tuščiose grotelių vietose. Kitaip tariant, dopingo koncentracija yra gana didelė, apie 10 ^ 21atomas / cm ^ 3.

Tai taip pat padidina galimybę pridėti priemaišų, tokių kaip deguonis, kaip kristalų gardelės tarpsluoksnius atomus. Tai suteikia stiprią plokštelių mechaninę jėgą nuo įvairių įtempių, tokių kaip šiluminis, mechaninis ar gravitacinis.

  • Silicio diodų priekinė įtampa yra 0,7 V, kuri yra didesnė, palyginti su germanio diodais. Tai daro juos stabilesnius ir pagerina silicio naudojimą kaip lygintuvus.

5. silicio dioksidas

Paskutinė, bet ne mažiausia milžiniško silicio populiarumo priežastis yra lengvumas, kuriuo jis sudaro oksidus. Silicio dioksidas yra plačiausiai naudojamas izoliatorius IC technologijoje dėl savo ypač stabilaus cheminio pobūdžio, palyginti su kitais oksidais, tokiais kaip germanis, kuris tirpsta vandenyje ir suyra 800 laipsnių Celsijaus temperatūroje.

Silicio dioksidas

Silicio dioksidas

Silicio dioksidą galima auginti termiškai naudojant deguonį virš silicio plokštelių aukštesnėje temperatūroje arba nusodinti naudojant silaną ir deguonį.

Naudojamas silicio dioksidas:

  • IC gamybos metodai, tokie kaip ofortas, difuzija, jonų implantavimas ir kt.
  • Elektroninių prietaisų dielektrikoje.
  • Kaip itin plonas MOS ir CMOS įrenginių sluoksnis. Tai padidino CMOS prietaisų, turinčių didelę impedanciją, populiarumą.
  • 3D įrenginiuose MEMs technologija .

Taigi, tai yra dažniausios silicio naudojimo elektronikoje priežastys. Tikimės, kad dabar jau galite aiškiai suprasti ir tinkamai pagrįsti, kodėl silicis naudojamas kaip puslaidininkinė medžiaga kuriant elektronikos projektus. Štai jums paprastas, tačiau intriguojantis klausimas: kodėl silicis nenaudojamas šviesos dioduose ir fotodioduose?

Nuotraukų kreditai: