ด้วยคำว่า 'อิเล็กทรอนิกส์' มีหลายสิ่งที่คุณสามารถเชื่อมโยงโดยเฉพาะ ส่วนประกอบแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่นทรานซิสเตอร์ไดโอดไอซีและอื่น ๆ หากคุณตระหนักถึงส่วนประกอบเหล่านี้อย่างสมบูรณ์คุณต้องตระหนักถึงการใช้ซิลิกอนที่แพร่หลายในการผลิตส่วนประกอบเหล่านี้ด้วย
ใช้ซิลิคอน
ซิลิคอนคืออะไร?
ซิลิคอนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีเลขอะตอม 14 อยู่ในกลุ่ม 4 ของตารางธาตุ ซิลิคอนอสัณฐานบริสุทธิ์ถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกโดย Jones Jacob Berzelius ในปีพ. ศ. 2367 ในขณะที่ซิลิคอนแบบผลึกถูกเตรียมโดย Henry Etienne ในปี พ.ศ.
เซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?
สารกึ่งตัวนำไม่ได้เป็นอะไรเลยนอกจากวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนในรูปบริสุทธิ์และคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าเมื่อเจือหรือเพิ่มด้วยสิ่งเจือปน สารกึ่งตัวนำมักจะมีช่องว่างของวงดนตรี (พลังงานที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนในการแยกตัวออกจากพันธะโควาเลนต์) ระหว่างฉนวน (ช่องว่างแถบสูงสุด) และตัวนำ (ช่องว่างวงต่ำสุด) การนำหรือการไหลของประจุในสารกึ่งตัวนำเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระหรือโฮล
หากคุณคุ้นเคยกับตารางธาตุคุณต้องระวังกลุ่มต่างๆในตารางธาตุ โดยปกติวัสดุเซมิคอนดักเตอร์จะอยู่ในกลุ่มที่ 4 ของตารางธาตุหรือยังมีการรวมกันของกลุ่มที่ 3 และกลุ่มที่ 6 หรือเป็นการรวมกันของกลุ่ม 2 และกลุ่มที่ 4 ด้วย สารกึ่งตัวนำที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ ซิลิคอนเจอร์เมเนียมและแกลเลียม - อาร์เซไนด์
แล้วอะไรทำให้ซิลิคอนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์?
ต่อไปนี้เป็นสาเหตุส่วนใหญ่:
1. ความอุดมสมบูรณ์ของซิลิคอน
เหตุผลสำคัญที่สุดและโดดเด่นที่สุดสำหรับความนิยมของซิลิคอนในฐานะวัสดุที่เลือกใช้คือความอุดมสมบูรณ์ ถัดไปสอดคล้องกับออกซิเจนซึ่งมีอยู่ประมาณ 46% ในเปลือกโลกซิลิคอนก่อตัวเป็น 28% ของเปลือกโลก มีอยู่ทั่วไปในรูปแบบของทราย (ซิลิกา) และควอตซ์
ความอุดมสมบูรณ์ของซิลิคอนในธรรมชาติ
2. การผลิตซิลิคอน
ซิลิคอนเวเฟอร์ที่ใช้สำหรับการผลิตไอซีและ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ผลิตโดยใช้เทคนิคที่มีประสิทธิภาพและประหยัด ซิลิคอนบริสุทธิ์หรือโพลีซิลิกอนจะได้รับโดยขั้นตอนต่อไปนี้:
- ควอตซ์ทำปฏิกิริยากับโค้กเพื่อผลิตโลหะซิลิกอนในเตาไฟฟ้า
- โลหะวิทยา จากนั้นจึงแปลงซิลิกอน ไปยังไตรคลอโรซิเลน (TCS) ในเครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบด
- ต่อจากนั้น TCS จะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นแล้วย่อยสลายลงบนเส้นใยซิลิกอนร้อนในเครื่องปฏิกรณ์พร้อมกับไฮโดรเจน สุดท้ายผลลัพธ์คือแท่งโพลีซิลิกอน
จากนั้นแท่งโพลีซิลิกอนจะตกผลึกโดยใช้วิธี Czochralski เพื่อให้ได้ผลึกซิลิคอนหรือแท่ง ในที่สุดแท่งเหล่านี้จะถูกตัดเป็นเวเฟอร์โดยใช้วิธีการตัด ID หรือการตัดลวด
การผลิตซิลิคอน
กระบวนการทั้งหมดข้างต้นช่วยให้บรรลุเส้นผ่านศูนย์กลางการวางแนวการนำไฟฟ้าความเข้มข้นของยาสลบและความเข้มข้นของออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการผลิตซิลิคอนเวเฟอร์
3. คุณสมบัติทางเคมี
คุณสมบัติทางเคมีหมายถึงคุณสมบัติเหล่านั้นโดยคำนึงถึงปฏิกิริยาของวัสดุกับวัสดุอื่น ๆ คุณสมบัติทางเคมีขึ้นอยู่โดยตรงกับโครงสร้างอะตอมของธาตุ Crystalline Silicon ส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยโครงสร้างคล้ายเพชร เซลล์แต่ละหน่วยประกอบด้วย 8 อะตอมในก ตาข่าย bravais การจัด ทำให้ซิลิกอนบริสุทธิ์มีความเสถียรสูงที่อุณหภูมิห้องเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น ๆ เช่นเจอร์เมเนียม
ดังนั้นซิลิกอนบริสุทธิ์จึงได้รับผลกระทบน้อยที่สุดจากน้ำกรดหรือไอน้ำ นอกจากนี้ที่อุณหภูมิสูงกว่าในสถานะหลอมเหลวซิลิกอนจะสร้างออกไซด์และไนไตรด์และแม้แต่โลหะผสมได้อย่างง่ายดาย
4. โครงสร้างซิลิคอน
คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิคอนยังทำให้เกิดความนิยมและการใช้งานในฐานะวัสดุเซมิคอนดักเตอร์
โครงสร้างซิลิกอน
- ซิลิคอนมีช่องว่างแถบพลังงานปานกลางที่ 1.12eV ที่ 0 K ทำให้ซิลิกอนเป็นองค์ประกอบที่เสถียรเมื่อเทียบกับเจอร์เมเนียมและลดโอกาสที่กระแสไฟฟ้ารั่ว กระแสไฟฟ้าย้อนกลับอยู่ในนาโนแอมแปร์และต่ำมาก
- โครงสร้างผลึกของซิลิคอนประกอบด้วยโครงสร้างตาข่ายลูกบาศก์ใบหน้าที่มีความหนาแน่นของการบรรจุ 34% สิ่งนี้ช่วยให้สามารถแทนที่อะตอมของสิ่งสกปรกได้อย่างง่ายดายในที่ว่างของโครงตาข่าย กล่าวอีกนัยหนึ่งความเข้มข้นของยาสลบค่อนข้างสูงประมาณ 10 ^ 21atoms / cm ^ 3
นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการเพิ่มสิ่งสกปรกเช่นออกซิเจนเป็นอะตอมคั่นระหว่างหน้าภายในโครงตาข่ายคริสตัล สิ่งนี้ให้ความแข็งแรงเชิงกลที่แข็งแกร่งแก่เวเฟอร์ต่อความเค้นประเภทต่างๆเช่นความร้อนกลไกหรือแรงโน้มถ่วง
- แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าสำหรับไดโอดซิลิคอนคือ 0.7 V ซึ่งสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับไดโอดเจอร์เมเนียม ทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้นและเพิ่มการใช้ซิลิกอนเป็นวงจรเรียงกระแส
5. ซิลิคอนไดออกไซด์
เหตุผลสุดท้าย แต่ไม่ใช่เหตุผลน้อยที่สุดสำหรับความนิยมอย่างมากของซิลิกอนคือความง่ายในการสร้างออกไซด์ ซิลิคอนไดออกไซด์เป็นฉนวนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี IC เนื่องจากลักษณะทางเคมีที่มีความเสถียรสูงเมื่อเปรียบเทียบกับออกไซด์อื่น ๆ เช่นเจอร์เมเนียมซึ่งละลายน้ำได้และสลายตัวที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส
ซิลิคอนไดออกไซด์
ซิลิคอนไดออกไซด์สามารถเติบโตได้โดยใช้ออกซิเจนบนเวเฟอร์ซิลิกอนที่อุณหภูมิสูงกว่าหรือฝากโดยใช้ไซเลนและออกซิเจน
ใช้ซิลิคอนไดออกไซด์:
- ในเทคนิคการประดิษฐ์ IC เช่นการแกะสลักการแพร่การฝังไอออนเป็นต้น
- ในไดอิเล็กทริกสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
- เป็นเลเยอร์ Ultrathin สำหรับอุปกรณ์ MOS และ CMOS สิ่งนี้ได้เพิ่มความนิยมอย่างกว้างขวางของอุปกรณ์ CMOS ที่มีอิมพีแดนซ์อินพุตสูง
- ในอุปกรณ์ 3 มิติใน เทคโนโลยี MEMs .
ดังนั้นนี่คือสาเหตุส่วนใหญ่ที่ทำให้การใช้ซิลิคอนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มขึ้น เราหวังว่าในตอนนี้คุณอาจมีความเข้าใจที่ชัดเจนและมีเหตุผลที่เหมาะสมว่าทำไมจึงใช้ซิลิกอนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการพัฒนาโครงการที่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นี่เป็นคำถามที่เรียบง่าย แต่น่าสนใจสำหรับคุณ: เหตุใดซิลิคอนจึงไม่ใช้ใน LED และไดโอดภาพถ่าย
เครดิตภาพ:
- ซิลิคอนใช้โดย thomasnet
- ความอุดมสมบูรณ์ของซิลิคอนในธรรมชาติโดย ทำความสะอาดห้อง
- ผลิตซิลิคอนโดย ซันดิสันซิลิคอน
- โครงสร้างซิลิกอนโดย เคมีวัสดุโลก
- ซิลิคอนไดออกไซด์โดย สีเขียวดาวเคราะห์พลังงานแสงอาทิตย์
