Nirxandinek Berfireh a Rêbazên Mezinbûna Silîkonê ya Monokrîstalîn

Nirxandinek Berfireh a Rêbazên Mezinbûna Silîkonê ya Monokrîstalîn

1. Paşxaneya Pêşxistina Silîkona Monokrîstalîn

Pêşveçûna teknolojiyê û daxwaza zêde ya ji bo hilberên jîr ên bi karîgeriya bilind, pozîsyona bingehîn a pîşesaziya devreyên entegre (IC) di pêşkeftina neteweyî de bêtir xurt kiriye. Wekî kevirê bingehîn ê pîşesaziya IC, silîkona monokrîstalîn a nîvconductor roleke girîng di ajotina nûbûna teknolojîk û mezinbûna aborî de dilîze.

Li gorî daneyên Komeleya Pîşesaziya Nîvconductor a Navneteweyî, bazara waferên nîvconductor a cîhanî gihîştiye rêjeya firotanê ya 12.6 milyar dolarî, û barkirin jî gihîştiye 14.2 milyar înçên çargoşe. Wekî din, daxwaza ji bo waferên silîkonê bi berdewamî zêde dibe.

Lêbelê, pîşesaziya waferên silîkonê ya cîhanî pir kombûyî ye, û pênc dabînkerên sereke li ser %85ê para bazarê serdest in, wekî ku li jêr tê xuyang kirin:

• Şîrketa Kîmyewî ya Shin-Etsu (Japon)

• SUMCO (Japonya)

• Waferên Cîhanî

• Siltronic (Almanya)

• SK Siltron (Koreya Başûr)

Ev olîgopolî dibe sedema girêdayîbûna giran a Çînê bi waflên silîkonê yên monokrîstalîn ên hawirdekirî, ku bûye yek ji astengiyên sereke yên ku pêşveçûna pîşesaziya devreyên entegre yên welêt sînordar dike.

Ji bo derbaskirina pirsgirêkên heyî di sektora çêkirina monokrîstala silîkona nîvconductor de, veberhênana li lêkolîn û pêşveçûnê û xurtkirina kapasîteyên hilberîna navxweyî hilbijartinek neçar e.

2. Pêşgotinek li ser Materyalê Silîkonê yê Monokrîstalîn

Silîkona monokrîstalî bingeha pîşesaziya devreyên entegre ye. Heta niha, ji %90 zêdetir çîpên IC û cîhazên elektronîkî bi karanîna silîkona monokrîstalî wekî materyalê sereke têne çêkirin. Daxwaza berfireh a ji bo silîkona monokrîstalî û sepanên wê yên pîşesaziyê yên cihêreng dikare bi çend faktoran ve girêdayî be:

1. Ewlehî û HawirdorparêzSilîkon di qalikê Erdê de pir heye, ne jehrîn e û ji bo jîngehê dostane ye.

2. Îzolasyona ElektrîkîSilîkon bi xwezayî taybetmendiyên îzolasyona elektrîkê nîşan dide, û piştî dermankirina germê, ew çînek parastinê ya dîoksîda silîkonê çêdike, ku bi bandor rê li ber windabûna barkirina elektrîkê digire.

3. Teknolojiya Mezinbûna GihiştîDîroka dirêj a pêşkeftina teknolojîk di pêvajoyên mezinbûna silîkonê de ew ji materyalên din ên nîvconductor pir sofîstîketir kiriye.

Ev faktor bi hev re silîkona monokrîstalîn di pêşengiya pîşesaziyê de dihêlin, û ew ji hêla materyalên din ve nayê guhertin.

Ji aliyê avahiya krîstal ve, silîkona monokrîstalîn materyalek e ku ji atomên silîkonê yên ku di torek periyodîk de hatine rêzkirin û avahiyek domdar pêk tînin, pêk tê. Ew bingeha pîşesaziya çêkirina çîpan e.

Diyagrama jêrîn pêvajoya tevahî ya amadekirina silîkona monokrîstalîn nîşan dide:

Pêşgotina Pêvajoyê:
Silîkona monokrîstalîn bi rêya rêze gavên rafinerkirinê ji madena silîkonê tê wergirtin. Pêşî, silîkona polîkrîstalîn tê bidestxistin, ku dû re di firneyeke mezinbûna krîstalê de vediguhere îngotek silîkona monokrîstalîn. Piştre, ew tê birîn, cilkirin û diguhere bo waflên silîkonê yên minasib ji bo çêkirina çîpan.

Waflên silicon bi gelemperî li du kategoriyan têne dabeş kirin:asta fotovoltaîkûasta nîvconductorEv her du celeb bi giranî di avahî, paqijî û qalîteya rûyê xwe de ji hev cuda dibin.

• Waflên asta nîvconductorpaqijiyeke wan a pir bilind heta %99.999999999 heye, û bi tundî tê xwestin ku monokrîstalîn bin.

• Waflên asta fotovoltaîkkêmtir paq in, asta paqiyê ji %99.99 heta %99.9999 diguhere, û ji bo kalîteya krîstalê daxwazên wan ên ewqas hişk nînin.

Herwiha, waferên asta nîvconductor ji waferên asta fotovoltaîk bêtir nermbûn û paqijiya rûyî hewce dikin. Standardên bilindtir ji bo waferên nîvconductor hem tevliheviya amadekirina wan û hem jî nirxa wan a paşê di serîlêdanan de zêde dikin.

Nexşeya jêrîn pêşveçûna taybetmendiyên waferên nîvconductor destnîşan dike, ku ji waferên 4 înç (100 mm) û 6 înç (150 mm) yên destpêkê heya waferên 8 înç (200 mm) û 12 înç (300 mm) yên heyî zêde bûne.

Di amadekirina rastîn a monokrîstala silîkonê de, mezinahiya wafê li gorî celebê serîlêdanê û faktorên lêçûnê diguhere. Mînakî, çîpên bîranînê bi gelemperî wafêrên 12 înç bikar tînin, lê cîhazên hêzê bi gelemperî wafêrên 8 înç bikar tînin.

Bi kurtasî, pêşveçûna mezinahiya waferê encama hem Qanûna Moore û hem jî faktorên aborî ye. Mezinahiyek mezintir a waferê di heman şert û mercên pêvajoyê de mezinbûna qada silîkonê ya bikêrhatîtir dihêle, lêçûnên hilberînê kêm dike û di heman demê de bermayiyên ji qiraxên waferê kêm dike.

Wekî materyalek girîng di pêşkeftina teknolojîk a nûjen de, waflên silîkonê yên nîvconductor, bi rêya pêvajoyên rast ên wekî fotolîtografî û çandina îyonê, rê didin hilberîna cûrbecûr cîhazên elektronîkî, di nav de rastkerên hêza bilind, tranzîstor, tranzîstorên girêdana duqutbî û cîhazên guheztinê. Ev cîhaz di warên wekî zekaya sûnî, ragihandina 5G, elektronîka otomobîlan, Înterneta Tiştan û fezayê de roleke sereke dilîzin, û bingeha pêşkeftina aboriya neteweyî û nûjeniya teknolojîk pêk tînin.

3. Teknolojiya Mezinbûna Silîkonê ya Monokrîstalîn

EwRêbaza Czochralski (CZ)pêvajoyeke bi bandor e ji bo kişandina materyalên monokrîstalîn ên bi kalîte bilind ji helandinê. Ev rêbaz ji aliyê Jan Czochralski ve di sala 1917an de hatiye pêşniyarkirin û wekîKişandina Krîstalawa.

Niha, rêbaza CZ bi berfirehî di amadekirina cûrbecûr materyalên nîvconductor de tê bikar anîn. Li gorî îstatîstîkên netemam, nêzîkî %98ê pêkhateyên elektronîkî ji silîkona monokrîstalîn têne çêkirin, ku %85ê van pêkhateyan bi karanîna rêbaza CZ têne hilberandin.

Rêbaza CZ ji ber kalîteya wê ya krîstal a hêja, mezinahiya wê ya kontrolkirî, rêjeya mezinbûna bilez û karîgeriya hilberînê ya bilind tê tercîhkirin. Ev taybetmendî silîkona monokrîstal a CZ dikin materyalê bijarte ji bo pêkanîna daxwaza kalîteya bilind û di asta mezin de di pîşesaziya elektronîkê de.

Prensîba mezinbûna silîkona monokrîstalîn a CZ wiha ye:

Pêvajoya CZ germahiyên bilind, valahiyek û hawîrdorek girtî hewce dike. Amûrên sereke ji bo vê pêvajoyê ev infirna mezinbûna krîstalê, ku van mercan hêsantir dike.

Diyagrama jêrîn avahiya firneyeke mezinbûna krîstalan nîşan dide.

Di pêvajoya CZ de, silîkona paqij têxin nav sîlîkona helandî, dihele, û krîstalek tov têxin nav silîkona helandî. Bi kontrolkirina rast a parametreyên wekî germahî, rêjeya kişandinê, û leza zivirîna sîlîkona helandî, atom an molekulên li ser rûbera krîstala tov û silîkona helandî bi berdewamî ji nû ve têne rêxistin, dema ku pergal sar dibe hişk dibin û di dawiyê de krîstalek yekane çêdikin.

Ev teknîka mezinbûna krîstalê silîkona monokrîstalîn a bi qalîteya bilind, bi qûtra mezin bi arasteyên krîstal ên taybetî hildiberîne.

Pêvajoya mezinbûnê ji çend qonaxên sereke pêk tê, di nav de:

1. Jihevdexistin û BarkirinRakirina krîstalê û paqijkirina bi tevahî ya firin û pêkhateyan ji gemarên wekî kuartz, grafît, an gemarên din.

2. Valahî û HelandinSîstem tê valakirin bo valahiyekê, piştre gaza argonê tê zêdekirin û barkirina silîkonê tê germkirin.

3. Kişandina KrîstalKrîstala tov tê danîn nav silîkona heliyayî, û germahiya rûbera navberê bi baldarî tê kontrol kirin da ku krîstalîzasyonek rast were misoger kirin.

4. Kontrola Mil û QûtrasêHer ku krîstal mezin dibe, qûtra wê bi baldarî tê şopandin û sererastkirin da ku mezinbûna wê yekreng be.

5. Dawîya Mezinbûnê û Rawestandina FirinêDema ku mezinahiya krîstala xwestî tê bidestxistin, firin tê girtin û krîstal tê rakirin.

Gavên berfireh ên di vê pêvajoyê de afirandina monokrîstalên bê kêmasî û bi kalîte bilind ên ji bo çêkirina nîvconductor guncaw misoger dikin.

4. Zehmetiyên di Hilberîna Silîkona Monokrîstalîn de

Yek ji pirsgirêkên sereke di hilberîna monokrîstalên nîvconductor ên bi qûtra mezin de ew e ku meriv ji astengiyên teknîkî yên di dema pêvajoya mezinbûnê de, bi taybetî di pêşbînîkirin û kontrolkirina kêmasiyên krîstalê de, bi ser bikeve:

1. Kalîteya Monokrîstal a Nelihevhatî û Berhema KêmHer ku mezinahiya monokrîstalên silîkonê zêde dibe, tevliheviya jîngeha mezinbûnê zêde dibe, û kontrolkirina faktorên wekî zeviyên germî, herikîn û magnetîkî dijwar dike. Ev yek karê bidestxistina kalîteyek domdar û berhemên bilindtir tevlihev dike.

2. Pêvajoya Kontrolê ya NearamProseya mezinbûna monokrîstalên silîkonê yên nîvconductor pir tevlihev e, bi gelek qadên fîzîkî re têkilî datînin, rastbûna kontrolê nearam dike û dibe sedema berhemên kêm. Stratejiyên kontrolê yên heyî bi giranî li ser pîvanên makroskopîk ên krîstalê disekinin, di heman demê de kalîte hîn jî li gorî ezmûna destan tê sererast kirin, ku pêkanîna hewcedariyên ji bo çêkirina mîkro û nano di çîpên IC de dijwar dike.

Ji bo çareserkirina van pirsgirêkan, pêşxistina rêbazên çavdêrîkirin û pêşbîniyê yên demrast, serhêl ji bo kalîteya krîstalê bi awayekî lezgîn pêwîst e, digel başkirinên di pergalên kontrolê de da ku hilberîna stabîl û bi kalîte ya monokrîstalên mezin ji bo karanîna di çerxên entegre de misoger bike.