Mit dem Begriff „Elektronik“ können Sie viele Dinge in Verbindung bringen, insbesondere die elektronische Leiterplattenkomponenten wie Transistoren, Dioden, ICs und so weiter. Wenn Sie sich dieser Komponenten vollständig bewusst sind, müssen Sie auch die vorherrschenden Siliziumverwendungen bei der Herstellung dieser Komponenten kennen.

Silizium verwendet

Was ist Silizium?

Silizium ist ein Halbleitermaterial mit einer Ordnungszahl von 14, das sich in der Gruppe 4 des Periodensystems befindet. Reines amorphes Silizium wurde erstmals 1824 von Jones Jacob Berzelius hergestellt, während kristallines Silizium erstmals 1854 von Henry Etienne hergestellt wurde.

Was sind Halbleiter?

Halbleiter sind nichts anderes als Materialien mit isolierenden Eigenschaften in reiner Form und leitenden Eigenschaften, wenn sie dotiert oder mit Verunreinigungen versetzt werden. Halbleiter haben normalerweise eine Bandlücke (Energie, die erforderlich ist, damit sich Elektronen von der kovalenten Bindung lösen) zwischen Isolatoren (maximale Bandlücke) und Leitern (minimale Bandlücke). Die Leitung oder der Ladungsfluss in Halbleitern beruht auf der Bewegung freier Elektronen oder Löcher.

Wenn Sie mit dem Periodensystem vertraut sind, müssen Sie die Gruppen in einem Periodensystem kennen. Halbleitermaterialien liegen üblicherweise in der Gruppe 4 des Periodensystems oder auch als Kombination von Gruppe 3 und Gruppe 6 oder auch als Kombination von Gruppe 2 und Gruppe 4 vor. Die am häufigsten verwendeten Halbleiter sind Silizium, Germanium und Galliumarsenid.

Was macht Silizium zum bevorzugten Halbleitermaterial in der Elektronik?

Das Folgende sind die wichtigsten Gründe:

1. Überfluss an Silizium

Der wichtigste und wichtigste Grund für die Beliebtheit von Silizium als Material der Wahl ist seine Fülle. In Übereinstimmung mit Sauerstoff, der ungefähr 46% in der Erdkruste ausmacht, bildet Silizium ungefähr 28% der Erdkruste. Es ist in Form von Sand (Silica) und Quarz weit verbreitet.

Siliziumreichtum in der Natur

2. Siliziumherstellung

Die Siliziumwafer, die zur Herstellung von ICs und verwendet werden elektronische Bauteile werden mit effektiven und wirtschaftlichen Techniken hergestellt. Reines Silizium oder Polysilizium wird durch die folgenden Schritte erhalten:

Quarz reagiert mit Koks unter Bildung von metallurgischem Silizium in einem Elektroofen.
Die metallurgische Silizium wird dann umgewandelt zu Trichlorsilan (TCS) in Wirbelschichtreaktoren.
Anschließend wird TCS durch Destillation gereinigt und dann zusammen mit Wasserstoff in einem Reaktor auf heiße Siliciumfilamente zersetzt. Schließlich ist das Ergebnis ein Polysiliciumstab.

Der Polysiliciumstab wird dann unter Verwendung des Czochralski-Verfahrens kristallisiert, um Siliciumkristalle oder Barren zu erhalten. Diese Barren werden schließlich unter Verwendung von ID-Schneid- oder Drahtschneidemethoden in Wafer geschnitten.

Siliziumherstellung

Alle obigen Verfahren erleichtern das Erreichen des erforderlichen Durchmessers, der Orientierung, der Leitfähigkeit, der Dotierungskonzentration und der Sauerstoffkonzentration, die für die Herstellung von Siliziumwafern erforderlich sind.

3. Chemische Eigenschaften

Chemische Eigenschaften beziehen sich auf jene Eigenschaften, für die die Reaktion von Materialien mit anderen definiert ist. Die chemischen Eigenschaften hängen direkt von der Atomstruktur des Elements ab. Kristallines Silizium, das hauptsächlich in der Elektronik verwendet wird, besteht aus einer diamantähnlichen Struktur. Jede Einheitszelle besteht aus 8 Atomen in a Bravais-Gitter Anordnung. Dies macht reines Silizium bei Raumtemperatur im Vergleich zu anderen Materialien wie Germanium hochstabil.
Somit wird reines Silizium am wenigsten von Wasser, Säure oder Dampf beeinflusst. Auch bei höherer Temperatur in geschmolzenem Zustand bildet Silizium leicht Oxide und Nitride und sogar Legierungen.

4. Siliziumstruktur

Die physikalischen Eigenschaften von Silizium tragen auch zu seiner Popularität und Verwendung als Halbleitermaterial bei.

“Arten von Leiterplatten ”

Siliziumstruktur

Silizium besitzt eine moderate Energiebandlücke von 1,12 eV bei 0 K. Dies macht Silizium im Vergleich zu Germanium zu einem stabilen Element und verringert die Wahrscheinlichkeit eines Leckstroms. Der Rückstrom ist in Nanoampere und sehr niedrig.
Die kristalline Struktur von Silizium besteht aus einer flächenzentrierten kubischen Gitterstruktur mit einer Packungsdichte von 34%. Dies ermöglicht eine einfache Substitution der Atome von Verunreinigungen an den leeren Stellen des Gitters. Mit anderen Worten ist die Dotierungskonzentration ziemlich hoch, ungefähr 10 ^ 21atoms / cm ^ 3.

Dies erhöht auch die Möglichkeit, Verunreinigungen wie Sauerstoff als interstitielle Atome innerhalb des Kristallgitters hinzuzufügen. Dies verleiht den Wafern eine starke mechanische Festigkeit gegen verschiedene Arten von Spannungen wie thermische, mechanische oder Gravitationsspannungen.

Die Durchlassspannung für Siliziumdioden beträgt 0,7 V, was im Vergleich zu Germaniumdioden höher ist. Dies macht sie stabiler und verbessert die Verwendung von Silizium als Gleichrichter.

5. Siliziumdioxid

Der letzte, aber nicht der geringste Grund für die große Beliebtheit von Silizium ist die Leichtigkeit, mit der es Oxide bildet. Siliziumdioxid ist aufgrund seiner extrem stabilen chemischen Natur im Vergleich zu anderen Oxiden wie Germanium, das wasserlöslich ist und sich bei einer Temperatur von 800 Grad Celsius zersetzt, der am häufigsten verwendete Isolator in der IC-Technologie.

Siliciumdioxid

“Wie ist der Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge? ”

Siliziumdioxid kann unter Verwendung von Sauerstoff über Siliziumwafern bei höherer Temperatur thermisch gezüchtet oder unter Verwendung von Silan und Sauerstoff abgeschieden werden.

Siliziumdioxid wird verwendet:

Bei IC-Herstellungstechniken wie Ätzen, Diffusion, Ionenimplantation usw.
In Dielektrika für die elektronischen Geräte.
Als ultradünne Schicht für MOS- und CMOS-Geräte. Dies hat die große Beliebtheit von CMOS-Bauelementen mit hoher Eingangsimpedanz erhöht.
In 3D-Geräten in MEMs-Technologie .

Dies sind die Hauptgründe für die zunehmende Verwendung von Silizium in der Elektronik. Wir hoffen, dass Sie inzwischen ein klares Verständnis und eine gute Begründung dafür haben, warum Silizium als Halbleitermaterial für die Entwicklung elektronikbasierter Projekte verwendet wird. Hier ist eine einfache, aber interessante Frage für Sie: Warum wird Silizium nicht in LEDs und Fotodioden verwendet?

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