Az „elektronika” kifejezéssel sok dolog társítható, különösen az elektronikus áramköri alkatrészek mint tranzisztorok, diódák, IC-k és így tovább. Ha ezeknek az alkatrészeknek teljesen tisztában van, akkor tisztában kell lennie az uralkodó szilícium felhasználásokkal is ezen alkatrészek gyártása során.

Szilícium felhasználás

Mi az a szilícium?

A szilícium egy félvezető anyag, amelynek atomszáma 14, a periódusos rendszer 4. csoportjában található. A tiszta amorf szilíciumot először Jones Jacob Berzelius készítette 1824-ben, míg a kristályos szilíciumot először Henry Etienne 1854-ben.

Mik azok a félvezetők?

A félvezetők nem mások, mint tiszta formában szigetelő tulajdonságokkal rendelkező anyagok, és adalékként vagy szennyeződésekkel hozzáadva vezető tulajdonságokkal. A félvezetőknek általában sávrésük van (az elektronok kovalens kötéstől való elszabadulásához szükséges energia) a szigetelők (maximális sávhézag) és a vezetők (minimális sávhézag) között. A félvezetők töltésének vezetése vagy áramlása a szabad elektronok vagy furatok mozgásának köszönhető.

Ha ismeri a periódusos táblázatot, ismernie kell a periódusos rendszer csoportjait. A félvezető anyagok általában a periódusos rendszer 4. csoportjában vannak jelen, vagy a 3. és a 6. csoport kombinációjaként, vagy a 2. és a 4. csoport kombinációjaként is jelen vannak. A legszélesebb körben alkalmazott félvezetők a szilícium, a germán és a gallium-arsenid.

Tehát mi teszi a szilíciumot az elektronika legelőnyösebb félvezető anyagává?

A következők a legtöbb ok:

1. A szilícium bősége

A szilícium mint választott anyag népszerűségének legfőbb és legkiemelkedőbb oka a bősége. A szilícium következik az oxigénnel, amely a földkéregben körülbelül 46%, a földkéreg körülbelül 28% -át alkotja. Széles körben elérhető homok (szilícium-dioxid) és kvarc formájában.

Szilíciumbőség a természetben

2. Szilíciumgyártás

A szilícium ostyák, amelyeket IC és Elektromos alkatrészek hatékony és gazdaságos technikákkal készülnek. A tiszta szilíciumot vagy a poli-szilíciumot a következő lépésekkel állítják elő:

A kvarcot úgy reagáltatják a kokszal, hogy kohászati szilíciumot állítson elő egy elektromos kemencében.
A kohászati a szilícium ezután átalakul triklór-szilánhoz (TCS) fluidágyas reaktorokban.
Ezt követően a TCS-t desztillációval megtisztítják, majd egy reaktorban hidrogénnel együtt forró szilíciumszálakra bontják. Végül az eredmény egy poli-szilícium rúd.

Ezután a poli-szilíciumrudat Czochralski-módszerrel kristályosítjuk, hogy szilíciumkristályokat vagy -rúdokat kapjunk. Ezeket a tuskókat végül lapkákra vágják ID-vágással vagy drótvágással.

Szilíciumgyártás

A fenti eljárások mindegyike megkönnyíti a szilícium ostya előállításához szükséges átmérő, orientáció, vezetőképesség, doppingkoncentráció és oxigénkoncentráció elérését.

3. Kémiai tulajdonságok

A kémiai tulajdonságok azokra a tulajdonságokra vonatkoznak, amelyek tekintetében meghatározzák az anyagok reakcióját másokkal. A kémiai tulajdonságok közvetlenül függenek az elem atomszerkezetétől. A legtöbb esetben az elektronikában használt kristályos szilícium gyémántszerű szerkezetből áll. Minden egységsejt 8 atomból áll a bravais rács elrendezés. Ez a tiszta szilícium szobahőmérsékleten rendkívül stabil, összehasonlítva más anyagokkal, például a germániummal.
Így a tiszta szilíciumra legkevésbé a víz, sav vagy gőz hat. Emellett olvadt állapotban magasabb hőmérsékleten a szilícium könnyen képez oxidokat és nitrideket, sőt ötvözeteket is.

4. Szilícium szerkezet

A szilícium fizikai tulajdonságai hozzájárulnak népszerűségéhez és félvezető anyagként történő használatához is.

“hogyan lehet szabályozni az egyenáramú motor fordulatszámát ”

Szilícium szerkezet

A szilícium mérsékelt energiasáv-hézaggal rendelkezik, 1,12eV 0 K-nál. Ez a szilíciumot stabil elemgé teszi a germániumhoz képest, és csökkenti a szivárgási áram esélyét. A fordított áram nanoamperben van, és nagyon alacsony.
A szilícium kristályos szerkezete 34% -os csomagolási sűrűségű, homlokzati centrikus köbös rácsszerkezetből áll. Ez lehetővé teszi a szennyeződések atomjainak könnyű helyettesítését a rács üres helyein. Más szavakkal, az doppingkoncentráció meglehetősen magas, körülbelül 10 ^ 21atom / cm ^ 3.

Ez szintén fokozza a szennyeződések, például oxigén, mint kristályrács intersticiális atomok hozzáadásának lehetőségét. Ez erős mechanikai szilárdságot biztosít az ostyáknak a különféle feszültségek ellen, például termikus, mechanikus vagy gravitációs terhelések ellen.

A szilíciumdiódák előremenő feszültsége 0,7 V, ami magasabb, ha összehasonlítjuk a germánium diódákkal. Ez stabilabbá teszi őket, és javítja a szilícium egyenirányítóként történő felhasználását.

5. Szilícium-dioxid

A szilícium óriási népszerűségének utolsó, de nem utolsó sorban az okozza az oxidokat. A szilícium-dioxid a legszélesebb körben alkalmazott szigetelő az IC technológiában, rendkívül stabil kémiai jellege miatt, összehasonlítva más oxidokkal, például a germániummal, amely vízben oldódik és 800 Celsius fokos hőmérsékleten bomlik.

Szilícium-dioxid

“hogyan kell elvégezni a kétirányú kapcsolást ”

A szilícium-dioxidot hőn termelhetjük oxigén alkalmazásával szilíciumostyán, magasabb hőmérsékleten, vagy szilán és oxigén alkalmazásával.

Szilícium-dioxidot használnak:

Az IC-gyártási technikákban, például maratás, diffúzió, ion beültetés stb.
A Dielectrics for the electronic devices című cikkben.
Ultravékony rétegként MOS és CMOS eszközökhöz. Ez megnövelte a nagy bemeneti impedanciájú CMOS-eszközök széles körű népszerűségét.
3D eszközökben MEMs technológia .

Tehát ezek a legfőbb okok a szilícium növekvő felhasználására az elektronikában. Reméljük, hogy mostanra egyértelmű megértést és megfelelő indoklást kaphat arról, hogy miért használják a szilíciumot félvezető anyagként az elektronikán alapuló projektek kidolgozásához. Itt van egy egyszerű, mégis érdekes kérdés az Ön számára: Miért nem használják a szilíciumot a LED-ekben és a fotódiódákban?

Fotók: