Àkópọ̀ Gbogbogbò ti Àwọn Ọ̀nà Ìdàgbàsókè Silikoni Monocrystalline

Àkópọ̀ Gbogbogbò ti Àwọn Ọ̀nà Ìdàgbàsókè Silikoni Monocrystalline

1. Ẹ̀yìn Ìdàgbàsókè Silikoni Monocrystalline

Ìlọsíwájú ìmọ̀ ẹ̀rọ àti bí ìbéèrè tó ń pọ̀ sí i fún àwọn ọjà ọlọ́gbọ́n tó ń ṣiṣẹ́ dáadáa ti mú kí ipò pàtàkì ti ilé iṣẹ́ integrated circuit (IC) lágbára sí i ní ìdàgbàsókè orílẹ̀-èdè. Gẹ́gẹ́ bí ìpìlẹ̀ ilé iṣẹ́ IC, semiconductor monocrystalline silicon ń kó ipa pàtàkì nínú ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ àti ìdàgbàsókè ọrọ̀ ajé.

Gẹ́gẹ́ bí ìwádìí láti ọ̀dọ̀ International Semiconductor Industry Association ti sọ, ọjà semiconductor wafer kárí ayé dé iye títà tó $12.6 bilionu, pẹ̀lú àwọn ẹrù tí wọ́n ń kó lọ sí 14.2 bilionu square inches. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, ìbéèrè fún silicon wafers ń tẹ̀síwájú láti pọ̀ sí i ní ṣísẹ̀ntẹ̀lé.

Sibẹsibẹ, ile-iṣẹ wafer silikoni agbaye wa ni apapọ pupọ, pẹlu awọn olupese marun ti o ga julọ ti o ni agbara lori 85% ti ipin ọja, gẹgẹbi a ti fihan ni isalẹ:

• Kẹ́míkà Shin-Etsu (Japan)

• SUMCO (Japan)

• Àwọn Wafers Àgbáyé

• Siltronik (Jẹ́mánì)

• SK Siltron (South Korea)

Ìgbésẹ̀ oligopoly yìí yọrí sí ìgbẹ́kẹ̀lé gíga ti China lórí àwọn wafers silicon monocrystalline tí a kó wọlé, èyí tí ó ti di ọ̀kan lára ​​​​àwọn ìṣòro pàtàkì tí ó ń dín ìdàgbàsókè ilé-iṣẹ́ Circuit ti orílẹ̀-èdè náà kù.

Láti borí àwọn ìpèníjà lọ́wọ́lọ́wọ́ ní ẹ̀ka iṣẹ́ ẹ̀rọ semiconductor silicon monocrystal, ìdókòwò nínú ìwádìí àti ìdàgbàsókè àti fífún agbára iṣẹ́ abẹ́lé lágbára jẹ́ àṣàyàn tí kò ṣeé yẹ̀ sílẹ̀.

2. Àkótán Ohun Èlò Silikoni Monocrystalline

Silikoni monocrystalline ni ipilẹ ile-iṣẹ iyipo ti a ṣe akojọpọ. Titi di oni, o ju 90% awọn eerun IC ati awọn ẹrọ itanna lọ ni a ṣe nipa lilo silikoni monocrystalline gẹgẹbi ohun elo akọkọ. Ibeere ti o gbooro fun silikoni monocrystalline ati awọn ohun elo ile-iṣẹ oriṣiriṣi rẹ le jẹ nitori ọpọlọpọ awọn okunfa:

1. Ààbò àti Ó dára fún Àyíká: Silikoni pọ̀ nínú eruku ilẹ̀ ayé, kò léwu, ó sì jẹ́ ohun tí kò ní ipa lórí àyíká.

2. Ìdábòbò iná mànàmáná: Silikoni ní agbára ìdábòbò iná mànàmáná nípa ti ara, àti nígbà tí a bá ń tọ́jú ooru, ó ń ṣe àbò ààbò ti silikoni dioxide, èyí tí ó ń dènà pípadánù agbára iná mànàmáná ní ọ̀nà tí ó tọ́.

3. Ìmọ̀-ẹ̀rọ Ìdàgbàsókè Àgbàlagbà: Ìtàn gígùn ti idagbasoke imọ-ẹrọ ninu awọn ilana idagbasoke silikoni ti jẹ ki o ni ilọsiwaju pupọ ju awọn ohun elo semiconductor miiran lọ.

Àwọn kókó wọ̀nyí papọ̀ ń jẹ́ kí silikoni monocrystalline wà ní iwájú nínú iṣẹ́ náà, èyí tí ó mú kí ó má ​​ṣeé rọ́pò pẹ̀lú àwọn ohun èlò mìíràn.

Ní ti ìṣètò kírísítàlì, sílíkọ́nì monocrystalline jẹ́ ohun èlò tí a fi àwọn átọ̀mù sílíkọ́nì ṣe tí a ṣètò ní ọ̀nà ìgbàlódé, tí ó ń ṣe ìṣètò tí ń bá a lọ. Ó jẹ́ ìpìlẹ̀ ilé iṣẹ́ ṣíṣe ṣẹ́ẹ̀pù.

Àwòrán tó tẹ̀lé yìí ṣàfihàn gbogbo ìlànà ìṣètò ohun èlò míràn tí a fi ń ṣe ohun èlò míràn:

Àkópọ̀ Ìlànà:
A máa ń rí ohun èlò silicon monocrystalline láti inú irin silicon nípasẹ̀ àwọn ìgbésẹ̀ ìtúnṣe. Àkọ́kọ́, a máa ń rí ohun èlò silicon polycrystalline, èyí tí a óò wá di ohun èlò silicon monocrystalline nínú iná mànàmáná kristal growth. Lẹ́yìn náà, a óò gé e, a óò yọ́ ọ, a óò sì ṣe é gẹ́gẹ́ bí ohun èlò silicon wafers tí ó yẹ fún ṣíṣe chip.

A maa n pin awọn wafer silikoni si awọn ẹka meji:ìpele fọ́tòvoltaikiàtiìpele semikondokitoÀwọn oríṣi méjì yìí yàtọ̀ síra ní pàtàkì ní ìṣètò wọn, ìwẹ̀nùmọ́ wọn, àti dídára ojú wọn.

• Àwọn ìṣẹ́po ìpele semiconductorní ìwẹ̀nùmọ́ gíga tó ga tó 99.999999999%, wọ́n sì gbọ́dọ̀ jẹ́ monocrystalline.

• Àwọn ìṣẹ́ wíwẹ́ onípele fọ́tòvoltaicwọn kò mọ́ tónítóní, pẹ̀lú ìwọ̀n mímọ́ tó wà láàárín 99.99% sí 99.9999%, wọn kò sì ní àwọn ohun tó le koko tó bẹ́ẹ̀ fún dídára kirisita.

Ní àfikún, àwọn wafer onípele semiconductor nílò dídánmọ́ ojú ilẹ̀ àti ìmọ́tótó tó ga ju àwọn wafer onípele photovoltaic lọ. Àwọn ìlànà gíga fún àwọn wafer onípele semiconductor ń mú kí ìṣètò wọn pọ̀ sí i àti iye tí wọ́n ń lò lẹ́yìn náà.

Àtẹ ìsàlẹ̀ yìí ṣàlàyé ìdàgbàsókè àwọn ìlànà wafer semiconductor, èyí tí ó ti pọ̀ sí i láti ìbẹ̀rẹ̀ àwọn wafer 4-inch (100mm) àti 6-inch (150mm) sí àwọn wafer 8-inch (200mm) àti 12-inch (300mm) lọ́wọ́lọ́wọ́.

Nínú ìpèsè ohun èlò míràn bíi silicon monocrystal, ìwọ̀n wafer yàtọ̀ síra ní ìbámu pẹ̀lú irú ohun èlò àti iye owó tí a fi ń lò ó. Fún àpẹẹrẹ, àwọn ohun èlò ìrántí sábà máa ń lo wafer 12-inch, nígbà tí àwọn ẹ̀rọ agbára sábà máa ń lo wafer 8-inch.

Ní àkótán, ìdàgbàsókè ìwọ̀n wafer jẹ́ àbájáde Òfin Moore àti àwọn kókó ọrọ̀ ajé. Ìwọ̀n wafer tó tóbi jù mú kí agbègbè silikoni tó ṣeé lò pọ̀ sí i wà lábẹ́ àwọn ipò ìṣiṣẹ́ kan náà, èyí tó ń dín iye owó ìṣelọ́pọ́ kù nígbàtí ó sì ń dín ìdọ̀tí láti etí wafer kù.

Gẹ́gẹ́ bí ohun pàtàkì nínú ìdàgbàsókè ìmọ̀-ẹ̀rọ òde-òní, àwọn wafers silicon semiconductor, nípasẹ̀ àwọn ìlànà tó péye bíi photolithography àti ion implantation, ń jẹ́ kí iṣẹ́ àwọn ẹ̀rọ itanna onírúurú ṣiṣẹ́, títí bí àwọn rectifiers tó ní agbára gíga, transistors, bipolar junction transistors, àti àwọn ẹ̀rọ switching. Àwọn ẹ̀rọ wọ̀nyí ń kó ipa pàtàkì nínú àwọn ẹ̀ka bíi ọgbọ́n àtọwọ́dá, ìbánisọ̀rọ̀ 5G, ẹ̀rọ itanna ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́, Íńtánẹ́ẹ̀tì ti Àwọn Ohun, àti afẹ́fẹ́, èyí tó ń jẹ́ ipilẹ̀ ìdàgbàsókè ọrọ̀-ajé orílẹ̀-èdè àti ìṣẹ̀dá ìmọ̀-ẹ̀rọ.

3. Ìmọ̀-ẹ̀rọ Ìdàgbàsókè Silikoni Monocrystalline

ÀwọnỌ̀nà Czochralski (CZ)jẹ́ ìlànà tó gbéṣẹ́ láti fa ohun èlò monocrystalline tó dára láti inú ìyọ́. Jan Czochralski ló dábàá rẹ̀ ní ọdún 1917, a tún mọ̀ ọ́n sí ọ̀nà yìí gẹ́gẹ́ bíKírísítà Fífàọ̀nà.

Lọ́wọ́lọ́wọ́, ọ̀nà CZ ni a ń lò fún ṣíṣe onírúurú ohun èlò semiconductor. Gẹ́gẹ́ bí àwọn ìṣirò tí kò péye, nǹkan bí 98% àwọn ohun èlò itanna ni a fi silikoni monocrystalline ṣe, pẹ̀lú 85% àwọn ohun èlò wọ̀nyí tí a fi ọ̀nà CZ ṣe.

Ọ̀nà CZ ni a fẹ́ràn nítorí pé ó ní dídára kírísítà tó dára, ìwọ̀n tó ṣeé ṣàkóso, ìwọ̀n ìdàgbàsókè kíákíá, àti iṣẹ́ ṣíṣe rẹ̀ tó ga. Àwọn ànímọ́ wọ̀nyí ló mú kí CZ monocrystalline silicon jẹ́ ohun èlò tó dára jùlọ fún bíbójútó ìbéèrè tó ga jùlọ nínú ilé iṣẹ́ ẹ̀rọ itanna.

Ilana idagbasoke ti silikoni monocrystalline CZ jẹ bi atẹle:

Ilana CZ nilo iwọn otutu giga, afẹfẹ, ati ayika pipade. Ohun elo pataki fun ilana yii niIná ìgbóná kírísítà, èyí tí ó mú kí àwọn ipò wọ̀nyí rọrùn.

Àwòrán tó tẹ̀lé yìí ṣàfihàn bí ìṣètò iná mànàmáná kan ṣe ń dàgbà.

Nínú ìlànà CZ, a gbé silikoni mímọ́ sínú ohun èlò ìfọṣọ, tí a yọ́, a sì fi silikoni irugbin sínú silikoni tí a yọ́. Nípa ṣíṣàkóso àwọn pàrámítà bíi iwọ̀n otútù, ìwọ̀n fífà, àti iyàrá yíyípo ìfọṣọ, àwọn átọ̀mù tàbí àwọn molecule ní ìsopọ̀ ti silikoni irugbin àti silikoni tí a yọ́ ń tún ara wọn ṣe nígbà gbogbo, wọ́n ń lẹ̀ mọ́lẹ̀ bí ètò náà ṣe ń tutù tí ó sì ń ṣe silikoni kan ṣoṣo nígbẹ̀yìn gbẹ́yín.

Ọ̀nà ìdàgbàsókè kirisita yìí ń mú silikoni monocrystalline tó ní ìwọ̀n gíga tó ga pẹ̀lú àwọn ìtọ́sọ́nà kirisita pàtó kan.

Ilana idagbasoke naa ni awọn igbesẹ pataki pupọ, pẹlu:

1. Pípa àti Fífi ẹrù síta: Yíyọ kirisita kuro ki o si nu ina ati awọn eroja inu ileru naa patapata kuro ninu awọn ohun eeri bi quartz, graphite, tabi awọn ohun eeri miiran.

2. Fífẹ́ àti Yíyọ́: A ó kó ètò náà lọ sí ibi tí kò ní ìfọ́, lẹ́yìn náà a ó fi gáàsì argon àti gbígbóná ẹ̀rọ silicon.

3. Kírísítà Fífà: A sọ kirisita irugbin naa kalẹ sinu silikoni ti o yọ́, a si ṣakoso iwọn otutu oju-ọna naa pẹlu iṣọra lati rii daju pe o jẹ ki kirisita ti o tọ.

4. Iṣakoso ejika ati Iwọn opinBí kristali náà ṣe ń dàgbà, a máa ń ṣe àyẹ̀wò iwọn ila opin rẹ̀ dáadáa, a sì máa ń ṣe àtúnṣe rẹ̀ láti rí i dájú pé ó ń dàgbà déédé.

5. Ipari idagbasoke ati pipade ileru: Nígbà tí a bá ti dé ìwọ̀n kirisita tí a fẹ́, a ó ti pa iná ààrò náà, a ó sì yọ kirisita náà kúrò.

Àwọn ìgbésẹ̀ kíkún nínú ìlànà yìí rí i dájú pé a ti ṣẹ̀dá àwọn monocrystals tó dára, tí kò ní àbùkù tó yẹ fún ṣíṣe semiconductor.

4. Awọn ipenija ninu Iṣelọpọ Silikoni Monocrystalline

Ọ̀kan lára ​​àwọn ìpèníjà pàtàkì nínú ṣíṣe àwọn monocrystals semiconductor oníwọ̀n ńlá ni láti borí àwọn ìṣòro ìmọ̀-ẹ̀rọ nígbà tí a bá ń dàgbà, pàápàá jùlọ nínú sísọtẹ́lẹ̀ àti ṣíṣàkóso àwọn àbùkù kristali:

1. Dídára Monocrystal tí kò dọ́gba àti Ìṣẹ̀dá Kéré: Bí ìwọ̀n àwọn ohun èlò silicon monocrystals ṣe ń pọ̀ sí i, ìṣòro àyíká ìdàgbàsókè ń pọ̀ sí i, èyí sì ń mú kí ó ṣòro láti ṣàkóso àwọn ohun bíi ooru, ìṣàn, àti àwọn pápá magnetic. Èyí ń dí iṣẹ́ ṣíṣe àṣeyọrí dídára déédé àti àwọn èso tó ga jù lọ́wọ́.

2. Ilana Iṣakoso ti ko ni iduroṣinṣin: Ilana idagbasoke ti semiconductor silicon monocrystals jẹ idiju pupọ, pẹlu ọpọlọpọ awọn aaye ti ara ti n ṣiṣẹ, ti o jẹ ki deede iṣakoso ko duro ṣinṣin ati yori si awọn eso ọja kekere. Awọn ọgbọn iṣakoso lọwọlọwọ fojusi awọn iwọn macroscopic ti kristali, lakoko ti didara tun wa ni atunṣe da lori iriri ọwọ, ti o jẹ ki o nira lati pade awọn ibeere fun iṣelọpọ micro ati nano ninu awọn eerun IC.

Láti kojú àwọn ìpèníjà wọ̀nyí, a nílò kíákíá láti ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ọ̀nà ìṣàyẹ̀wò àti àsọtẹ́lẹ̀ ní àkókò gidi, lórí ayélujára fún dídára kristali, pẹ̀lú àwọn àtúnṣe nínú àwọn ètò ìṣàkóso láti rí i dájú pé iṣẹ́jade monocrystals ńlá tó dúró ṣinṣin, tó sì dára fún lílò nínú àwọn iyika tó para pọ̀.