Γιατί το 80% των τσιπ κατασκευάζονται σε γκοφρέτες πυριτίου;

Βλέπουμε σήμερα ότι περισσότερο από το 80% των τσιπ παράγονται από γκοφρέτες πυριτίου και όχι από τα σημερινά δημοφιλή υλικά όπως το καρβίδιο του πυριτίου, το αρσενίδιο του γαλλίου, το νιτρίδιο του γαλλίου κ.λπ. Γιατί συμβαίνει αυτό;
Κριτήρια επιλογής υλικών

0040-02544 Επάνω σώμα, Dps Metal
Υπάρχουν διάφοροι κύριοι παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν επιλέγετε ένα υλικό που θα χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενός τσιπ: Ηλεκτρονικές ιδιότητες: Το υλικό πρέπει να έχει καλές ιδιότητες ημιαγωγών που μπορούν να ελέγξουν αποτελεσματικά την κίνηση των ηλεκτρονίων. Κρυσταλλική δομή: Τα υλικά πρέπει να έχουν υψηλής ποιότητας μονοκρυσταλλική δομή για τη μείωση των ελαττωμάτων και τη βελτίωση της απόδοσης του τσιπ. Κόστος: Το κόστος των υλικών πρέπει να είναι σχετικά χαμηλό για μαζική παραγωγή. Επεξεργασιμότητα: Τα υλικά πρέπει να είναι εύκολο να επεξεργαστούν και να προετοιμαστούν και να μπορούν να προσαρμοστούν στις υπάρχουσες διαδικασίες παραγωγής. Θερμική σταθερότητα: Τα υλικά πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν τις αλλαγές στην απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες κατά την κατασκευή.

Ο λόγος που το πυρίτιο είναι το υλικό επιλογής
715-031986-005 Θάλαμος αντίδρασης Hsg Lwr
2.1 Ιδιότητες ημιαγωγών
Το πυρίτιο είναι ένα εξαιρετικό υλικό ημιαγωγών με διάκενο ζώνης 1,12 eV, το οποίο είναι μέτριο και κατάλληλο για τη λειτουργία των περισσότερων ηλεκτρονικών συσκευών. Το πυρίτιο έχει επίσης καλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και κινητικότητα οπών, καθιστώντας το κατάλληλο για την κατασκευή τσιπ υψηλής απόδοσης.

2.2 Κρυσταλλική δομή

0020-33806 Upper Chamber Dps + Poly
Το πυρίτιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μονοκρυστάλλων υψηλής ποιότητας, μεγάλου μεγέθους με διαδικασίες όπως η μέθοδος Czochralski και η μέθοδος τήξης ζώνης. Η κρυσταλλική δομή του πυριτίου είναι τέλεια και τα ελαττώματα του πλέγματος είναι λίγα, γεγονός που ευνοεί την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής απόδοσης.

2.3 Κόστος
Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στον φλοιό της γης (περίπου 26,7%) και η πρώτη ύλη του (χαλαζίας) είναι πολύ άφθονη και φθηνή. Σε σύγκριση με άλλα υλικά ημιαγωγών όπως το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs) και το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), το κόστος εξαγωγής και παρασκευής του πυριτίου είναι σημαντικά χαμηλότερο.

2.4 Επεξεργασιμότητα
Το πυρίτιο έχει καλή μηχανική αντοχή και χημική σταθερότητα, επιτρέποντάς του να αντέχει σε πολύπλοκες διαδικασίες παραγωγής. Οι υπάρχουσες διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών (λιθογραφία, διάχυση, εμφύτευση ιόντων κ.λπ.) έχουν αναπτυχθεί όλες με βάση υλικά πυριτίου, επομένως η τεχνολογία επεξεργασίας των πλακών πυριτίου είναι ώριμη και χαμηλού κόστους.

2.5 Θερμική σταθερότητα

Το πυρίτιο έχει εξαιρετική σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, ικανό να διατηρεί σταθερή την κρυσταλλική δομή και τις ιδιότητές του σε θερμοκρασίες έως 1100 βαθμούς. Αυτό επιτρέπει στο πυρίτιο να προσαρμόζεται στις ανάγκες των βημάτων διαδικασίας υψηλής θερμοκρασίας στη σύγχρονη κατασκευή τσιπ.

Προκλήσεις με άλλα υλικά
Αν και άλλα υλικά όπως το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) έχουν επίσης εξαιρετικές ημιαγωγικές ιδιότητες, παρουσιάζουν ορισμένες προκλήσεις όσον αφορά το κόστος, τη δυνατότητα επεξεργασίας, τη θερμική σταθερότητα κ.λπ.:
Αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs): υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων, αλλά ευθραυστότητα, υψηλό κόστος κατασκευής και δύσκολο να παρασκευαστούν μονοκρυστάλλοι μεγάλου μεγέθους.

Καρβίδιο του πυριτίου (SiC): Μεγάλο διάκενο για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, αλλά δύσκολο στην ανάπτυξη κρυστάλλων και δαπανηρό.

Νιτρίδιο του γαλλίου (GaN): Έχει εξαιρετικές ηλεκτρονικές ιδιότητες και θερμική σταθερότητα, αλλά το υλικό είναι πολύπλοκο στη σύνθεση και δαπανηρό.

Στην πραγματικότητα, το πυρίτιο ως υλικό ημιαγωγών έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως καλές ιδιότητες ημιαγωγών, κρυσταλλική δομή υψηλής ποιότητας, χαμηλό κόστος, ώριμη τεχνολογία επεξεργασίας και εξαιρετική θερμική σταθερότητα. Αυτοί οι παράγοντες καθιστούν το πυρίτιο το υλικό επιλογής για την κατασκευή τσιπς, αν και άλλα υλικά έχουν επίσης τα δικά τους μοναδικά πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένους τομείς εφαρμογής.