עם המונח 'אלקטרוניקה', יש הרבה דברים שאתה יכול לשייך, במיוחד את רכיבי מעגלים אלקטרוניים כמו טרנזיסטורים, דיודות, IC וכדומה. אם אתה מודע לחלוטין לרכיבים אלה, עליך להיות מודע לשימושים הרווחים בסיליקון גם בייצור רכיבים אלה.

שימושים בסיליקון

מה זה סיליקון?

סיליקון הוא חומר מוליך למחצה עם מספר אטומי של 14, הנמצא בקבוצה 4 בטבלה המחזורית. סיליקון אמורפי טהור הוכן לראשונה על ידי ג'ונס ג'ייקוב ברזליוס בשנת 1824, ואילו סיליקון גבישי הוכן לראשונה על ידי הנרי אטיין בשנת 1854.

מהם מוליכים למחצה?

מוליכים למחצה אינם אלא חומרים בעלי תכונות בידוד בצורה טהורה ותכונות מוליכות כאשר מסוממים או מוסיפים אותם עם זיהומים. למוליכים למחצה בדרך כלל יש פער להקה (אנרגיה הנדרשת להתנתקות האלקטרונים מקשר קוולנטי) בין מבודדים (מרווח פס מקסימלי) למוליכים (פער פס מינימלי). ההולכה או זרימת המטען במוליכים למחצה נובעת מתנועת אלקטרונים או חורים חופשיים.

אם אתה מכיר את הטבלה המחזורית, עליך להיות מודע לקבוצות בטבלה המחזורית. חומרי מוליכים למחצה נמצאים בדרך כלל בקבוצה 4 בטבלה המחזורית או קיימים גם כשילוב של קבוצה 3 וקבוצה 6, או כשילוב של קבוצה 2 וקבוצה 4 גם כן. מוליכים למחצה הנפוצים ביותר הם סיליקון, גרמניום וגליום-ארסניד.

אז מה הופך את הסיליקון לחומר מוליך למחצה המועדף ביותר באלקטרוניקה?

להלן הסיבות העיקריות ביותר:

1. שפע של סיליקון

הסיבה החשובה והבולטת ביותר לפופולריות של סיליקון כחומר לבחירה היא השפע שלו. הבא בקנה אחד עם חמצן שהוא כ 46% בקרום כדור הארץ, הסיליקון יוצר כ 28% מקרום כדור הארץ. זה זמין באופן נרחב בצורה של חול (סיליקה) וקוורץ.

שפע סיליקון בטבע

2. ייצור סיליקון

רקיקי הסיליקון המשמשים לייצור IC ו רכיבים אלקטרוניים מיוצרים בטכניקות יעילות וחסכוניות. סיליקון טהור או פולי סיליקון מתקבלים על ידי השלבים הבאים:

קוורץ נועד להגיב עם קולה כדי לייצר סיליקון מתכות בתנור חשמלי.
המטלורגית לאחר מכן ממירים סיליקון לטריכלורוסילאן (TCS) בכורי מיטת נוזל.
לאחר מכן, TCS מטוהר על ידי זיקוק, ואז מתפרק על גבי חוטי סיליקון חמים בכור, יחד עם מימן. לבסוף, התוצאה היא מוט פולי סיליקון.

מוט הפולי-סיליקון מתגבש לאחר מכן בשיטת Czochralski להשגת גבישי סיליקון או מטילים. מטילים אלה נחתכים לבסוף לרקמות בשיטות חיתוך תעודת זהות או חיתוך תיל.

ייצור סיליקון

כל התהליכים הנ'ל מקלים על השגת קוטר נדרש, כיוון, מוליכות, ריכוז סימום וריכוז חמצן הדרושים לייצור ופלים מסיליקון.

3. תכונות כימיות

תכונות כימיות מתייחסות לתכונות שלגביהן מוגדרת תגובת חומרים לאחרים. התכונות הכימיות תלויות ישירות במבנה האטומי של היסוד. סיליקון גבישי המשמש בעיקר באלקטרוניקה, מורכב ממבנה דמוי יהלום. כל תא יחידה מורכב משמונה אטומים ב סריג בראווה הֶסדֵר. זה הופך את הסיליקון הטהור ליציב מאוד בטמפרטורת החדר בהשוואה לחומרים אחרים כמו גרמניום.
לפיכך, סיליקון טהור מושפע פחות ממים, חומצה או קיטור. כמו כן, בטמפרטורה גבוהה יותר במצב מותך, סיליקון יוצר בקלות תחמוצות וניטרידים ואפילו סגסוגות.

4. מבנה סיליקון

התכונות הפיזיקליות של הסיליקון תורמות גם לפופולריות שלו ולשימוש כחומר מוליך למחצה.

“כיצד לשלוט על מהירות מנוע DC ”

מבנה סיליקון

לסיליקון יש רווח בינוני של אנרגיה של 1.12 eV ב- 0 K. זה הופך את הסיליקון לאלמנט יציב בהשוואה לגרמניום ומפחית את הסיכוי לזרם דליפה. הזרם ההפוך הוא בננו-אמפר והוא נמוך מאוד.
מבנה גבישי של סיליקון מורכב ממבנה סריג מעוקב פנים עם 34% צפיפות אריזה. זה מאפשר החלפה קלה של אטומי זיהומים במקומות הריקים של הסריג. במילים אחרות ריכוז הסמים הוא די גבוה, בערך 10 ^ 21 אטומים / ס'מ ^ 3.

זה גם משפר את האפשרות להוסיף זיהומים כמו חמצן כ אטומי הביניים בתוך סריג הקריסטל. זה מספק חוזק מכני חזק לוופלים כנגד סוגים שונים של מתחים כמו תרמית, מכנית או כוח משיכה.

מתח קדימה לדיודות סיליקון הוא 0.7 וולט, שהוא גבוה יותר בהשוואה לדיודות גרמניום. זה הופך אותם ליציבים יותר ומשפרים את השימושים בסיליקון כמיישרים.

5. סיליקון דו-חמצני

הסיבה האחרונה אך לא הפחות לפופולריות העצומה של הסיליקון, היא הקלות בה הוא יוצר תחמוצות. דו תחמוצת הסיליקון הוא המבודד הנפוץ ביותר בטכנולוגיית IC בזכות האופי הכימי היציב ביותר שלו בהשוואה לתחמוצות אחרות כמו גרמניום, שהוא מסיס במים ומתפרק בטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס.

דו תחמוצת הסיליקון

“מה עושה מחליש ”

ניתן לגדל תרמית דו-חמצנית באמצעות חמצן על רקיקי סיליקון בטמפרטורה גבוהה יותר או להפקיד באמצעות סילאן וחמצן.

משתמשים בדו תחמוצת הסיליקון:

בטכניקות ייצור IC כמו תחריט, דיפוזיה, השתלת יונים וכו '.
ב- Dielectrics למכשירים האלקטרוניים.
כשכבה אולטרה-דק למכשירי MOS ו- CMOS. זה למעשה הגדיל את הפופולריות הרחבה של מכשירי CMOS עם עכבת קלט גבוהה.
במכשירי תלת מימד ב טכנולוגיית MEMs .

אז אלה הסיבות העיקריות ביותר לשימוש הגובר בסיליקון באלקטרוניקה. אנו מקווים שעד עכשיו אולי היית מקבל הבנה ברורה והנמקה נאותה מדוע הסיליקון משמש כחומר מוליך למחצה לפיתוח פרויקטים מבוססי אלקטרוניקה. הנה שאלה פשוטה אך מסקרנת עבורך: מדוע לא משתמשים בסיליקון בנורות LED ודיודות צילום?

נקודות זיכוי: