С термином «электроника» можно связать множество вещей, особенно компоненты электронных плат как транзисторы, диоды, ИС и так далее. Если вы полностью знакомы с этими компонентами, вы также должны знать о преобладающем использовании кремния при производстве этих компонентов.

Кремний использует

Что такое кремний?

Кремний - это полупроводниковый материал с атомным номером 14, расположенный в 4-й группе периодической таблицы. Чистый аморфный кремний был впервые получен Джонсом Джейкобом Берцелиусом в 1824 году, тогда как кристаллический кремний был впервые получен Генри Этьеном в 1854 году.

Что такое полупроводники?

Полупроводники - это не что иное, как материалы с изоляционными свойствами в чистом виде и проводящими свойствами при легировании или добавлении примесей. Полупроводники обычно имеют запрещенную зону (энергия, необходимая для того, чтобы электроны вырвались из ковалентной связи) между изоляторами (максимальная ширина запрещенной зоны) и проводниками (минимальная запрещенная зона). Проводимость или поток заряда в полупроводниках происходит из-за движения свободных электронов или дырок.

Если вы знакомы с периодической таблицей, вы должны знать группы в периодической таблице. Полупроводниковые материалы обычно присутствуют в группе 4 Периодической таблицы или также представлены как комбинация группы 3 и группы 6, или также как комбинация группы 2 и группы 4. Наиболее широко используемые полупроводники - это кремний, германий и арсенид галлия.

Итак, что делает кремний наиболее предпочтительным полупроводниковым материалом в электронике?

Ниже приведены основные причины:

1. Изобилие кремния

Основная и наиболее заметная причина популярности кремния в качестве материала выбора - его изобилие. Далее, после кислорода, который составляет около 46% в земной коре, кремний составляет около 28% земной коры. Он широко доступен в виде песка (кремнезема) и кварца.

Изобилие кремния в природе

2. Производство кремния

Кремниевые пластины, которые используются для производства ИС и электронные компоненты изготавливаются с использованием эффективных и экономичных технологий. Чистый кремний или поликремний получают в результате следующих этапов:

Кварц реагирует с коксом с образованием металлургического кремния в электропечи.
Металлургический кремний затем преобразуется в трихлорсилан (TCS) в реакторах с псевдоожиженным слоем.
Затем TCS очищают перегонкой, а затем разлагают на горячих кремниевых нитях в реакторе вместе с водородом. Наконец, в результате получается поликремний стержень.

Затем поликремний стержень кристаллизуют методом Чохральского для получения кристаллов или слитков кремния. В конце эти слитки разрезают на пластины с использованием методов внутренней резки или проволочной резки.

Производство кремния

Все вышеуказанные процессы способствуют достижению необходимого диаметра, ориентации, проводимости, концентрации легирования и концентрации кислорода, необходимых для производства кремниевых пластин.

3. Химические свойства

Химические свойства относятся к тем свойствам, в отношении которых определяется реакция материалов с другими. Химические свойства напрямую зависят от атомной структуры элемента. Кристаллический кремний, используемый в основном в электронике, имеет алмазоподобную структуру. Каждая элементарная ячейка состоит из 8 атомов в решетка Браве расположение. Это делает чистый кремний очень стабильным при комнатной температуре по сравнению с другими материалами, такими как германий.
Таким образом, чистый кремний меньше всего подвержен воздействию воды, кислоты или пара. Кроме того, при более высокой температуре в расплавленном состоянии кремний легко образует оксиды, нитриды и даже сплавы.

4. Кремниевая структура.

Физические свойства кремния также способствуют его популярности и использованию в качестве полупроводникового материала.

“как контролировать скорость двигателя постоянного тока ”

Кремниевая структура

Кремний обладает умеренной шириной запрещенной зоны 1,12 эВ при 0 К. Это делает кремний стабильным элементом по сравнению с германием и снижает вероятность тока утечки. Обратный ток выражается в наноамперах и очень мал.
Кристаллическая структура кремния состоит из гранецентрической кубической решетки с плотностью упаковки 34%. Это позволяет легко замещать атомы примесей в пустых местах решетки. Другими словами, концентрация легирования довольно высока, порядка 10 ^ 21 атом / см ^ 3.

Это также увеличивает возможность добавления примесей, таких как кислород, в качестве межузельных атомов внутри кристаллической решетки. Это обеспечивает высокую механическую прочность пластин против различных видов нагрузок, таких как термические, механические или гравитационные.

Прямое напряжение для кремниевых диодов составляет 0,7 В, что выше по сравнению с германиевыми диодами. Это делает их более стабильными и расширяет возможности использования кремния в качестве выпрямителей.

5. Диоксид кремния

Последняя, но не менее важная причина огромной популярности кремния - это легкость, с которой он образует оксиды. Диоксид кремния является наиболее широко используемым изолятором в технологии IC из-за его чрезвычайно стабильной химической природы по сравнению с другими оксидами, такими как германий, который растворим в воде и разлагается при температуре 800 градусов Цельсия.

Диоксид кремния

“3 фазы от одной фазы ”

Диоксид кремния можно выращивать термически с использованием кислорода на кремниевых пластинах при более высокой температуре или осаждать с использованием силана и кислорода.

Диоксид кремния используется:

В таких технологиях изготовления ИС, как травление, диффузия, ионная имплантация и т. Д.
В диэлектриках для электронных устройств.
В качестве ультратонкого слоя для устройств MOS и CMOS. Это фактически увеличило популярность КМОП-устройств с высоким входным сопротивлением.
В 3D-устройствах в Технология MEMs .

Итак, это основные причины все более широкого использования кремния в электронике. Мы надеемся, что к настоящему времени вы, возможно, получили четкое понимание и подходящие аргументы относительно того, почему кремний используется в качестве полупроводникового материала для разработки проектов, связанных с электроникой. Вот простой, но интригующий вопрос: почему кремний не используется в светодиодах и фотодиодах?

Фото: