Neden Cipslerin %80'i Silikon Gofretlerden Üretiliyor?

Bugün çiplerin %80'den fazlasının silisyum karbür, galyum arsenit, galyum nitrür gibi günümüzün popüler malzemeleri yerine silikon levhalardan üretildiğini görüyoruz. Neden?
Malzemeler için seçim kriterleri

0040-02544 Üst Gövde, Dps Metal
Çip üretmek için kullanılacak malzemeyi seçerken dikkate alınması gereken birkaç ana faktör vardır: Elektronik özellikler: Malzeme, elektronların hareketini etkili bir şekilde kontrol edebilen iyi yarı iletken özelliklere sahip olmalıdır. Kristal yapı: Malzemelerin kusurları azaltmak ve çipin performansını artırmak için yüksek kaliteli tek kristal yapıya sahip olması gerekir. Maliyet: Seri üretim için malzeme maliyetinin nispeten düşük olması gerekir. İşlenebilirlik: Malzemelerin işlenmesi ve hazırlanması kolay olmalı ve mevcut üretim süreçlerine uyum sağlayabilmelidir. Termal stabilite: Malzemeler, üretim sırasında yüksek sıcaklıklardaki performans değişikliklerine dayanabilmelidir.

Silikonun tercih edilen malzeme olmasının nedeni
715-031986-005 Hsg Lwr Reaksiyon Odası
2.1 Yarı iletken özellikleri
Silikon, çoğu elektronik cihazın çalışması için orta düzeyde ve uygun olan 1,12 eV bant aralığına sahip mükemmel bir yarı iletken malzemedir. Silikon ayrıca iyi elektron hareketliliğine ve delik hareketliliğine sahiptir, bu da onu yüksek performanslı çiplerin üretimi için uygun kılar.

2.2 Kristal yapı

0020-33806 Üst Oda Dps + Poli
Silikon, Czochralski yöntemi ve bölge erime yöntemi gibi işlemlerle yüksek kaliteli, büyük boyutlu tek kristaller üretmek için kullanılabilir. Silikon kristal yapısı mükemmeldir ve kafes kusurları azdır, bu da yüksek performanslı entegre devrelerin üretilmesine olanak sağlar.

2.3 Maliyet
Silikon yerkabuğunda en çok bulunan ikinci elementtir (yaklaşık %26,7) ve hammaddesi (kuvars) çok bol ve ucuzdur. Galyum arsenit (GaAs) ve silisyum karbür (SiC) gibi diğer yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında silisyumun ekstraksiyon ve hazırlama maliyetleri önemli ölçüde daha düşüktür.

2.4 İşlenebilirlik
Silikonun iyi bir mekanik mukavemeti ve kimyasal stabilitesi vardır ve bu da karmaşık üretim süreçlerine dayanabilmesini sağlar. Mevcut yarı iletken üretim süreçlerinin (litografi, difüzyon, iyon implantasyonu vb.) tümü silikon malzemelere dayalı olarak geliştirilmiştir, dolayısıyla silikon levhaların işleme teknolojisi olgun ve düşük maliyetlidir.

2.5 Termal stabilite

Silikon, yüksek sıcaklıklarda mükemmel stabiliteye sahiptir, kristal yapısını ve özelliklerini 1100 dereceye kadar sıcaklıklarda stabil tutabilmektedir. Bu, silikonun modern çip üretimindeki yüksek sıcaklıktaki işlem adımlarının ihtiyaçlarına uyum sağlamasına olanak tanır.

Diğer malzemelerle ilgili zorluklar
Galyum arsenit (GaAs), silisyum karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) gibi diğer malzemeler de mükemmel yarı iletken özelliklere sahip olsa da, maliyet, işlenebilirlik, termal stabilite vb. açısından bazı zorluklar sunarlar:
Galyum arsenit (GaAs): yüksek elektron hareketliliği, ancak kırılganlık, yüksek üretim maliyeti ve büyük boyutlu tek kristallerin hazırlanması zordur.

Silisyum karbür (SiC): Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç uygulamaları için geniş bant aralığı, ancak kristallerin büyütülmesi zor ve maliyetlidir.

Galyum nitrür (GaN): Mükemmel elektronik özelliklere ve termal stabiliteye sahiptir, ancak malzemenin sentezlenmesi karmaşık ve maliyetlidir.

Aslında, yarı iletken bir malzeme olarak silikonun, iyi yarı iletken özellikler, yüksek kaliteli kristal yapı, düşük maliyet, gelişmiş işleme teknolojisi ve mükemmel termal stabilite dahil olmak üzere birçok avantajı vardır. Bu faktörler silikonu çip yapımında tercih edilen malzeme haline getiriyor, ancak diğer malzemelerin de belirli uygulama alanlarında kendilerine özgü avantajları var.