CO TO JEST PÓŁPRZEWODNIK?
Urządzenie półprzewodnikowe to element elektroniczny wykorzystujący przewodnictwo elektryczne, ale charakteryzujący się cechami pośrednimi między przewodnikiem, na przykład miedzią, a izolatorem, takim jak szkło. Urządzenia te wykorzystują przewodnictwo elektryczne w stanie stałym, w przeciwieństwie do stanu gazowego lub emisji termoelektronowej w próżni, i zastąpiły lampy próżniowe w większości współczesnych zastosowań.
Półprzewodniki są najczęściej stosowane w układach scalonych. Nasze współczesne urządzenia komputerowe, w tym telefony komórkowe i tablety, mogą zawierać miliardy maleńkich półprzewodników połączonych na pojedynczych chipach, połączonych ze sobą na jednym waflu półprzewodnikowym.
Przewodnictwo półprzewodnika można modyfikować na kilka sposobów, na przykład poprzez wprowadzenie pola elektrycznego lub magnetycznego, wystawienie go na działanie światła lub ciepła, a także poprzez mechaniczną deformację domieszkowanej siatki monokrystalicznego krzemu. Choć techniczne wyjaśnienie jest dość szczegółowe, to właśnie manipulacja półprzewodnikami umożliwiła obecną rewolucję cyfrową.
JAK WYKORZYSTUJE SIĘ ALUMINIUM W PÓŁPRZEWODNIKACH?
Aluminium ma wiele właściwości, które czynią je podstawowym materiałem do zastosowań w półprzewodnikach i mikroprocesorach. Na przykład, aluminium charakteryzuje się doskonałą przyczepnością do dwutlenku krzemu, głównego składnika półprzewodników (stąd nazwa Doliny Krzemowej). Kolejną zaletą aluminium są jego właściwości elektryczne, a mianowicie niska rezystancja elektryczna i doskonałe przyleganie do połączeń drutowych. Istotna jest również łatwość nadawania aluminium struktury w procesie suchego trawienia, kluczowym etapie produkcji półprzewodników. Chociaż inne metale, takie jak miedź i srebro, oferują lepszą odporność na korozję i wytrzymałość elektryczną, są one również znacznie droższe niż aluminium.
Jednym z najpowszechniejszych zastosowań aluminium w produkcji półprzewodników jest technologia rozpylania. Nakładanie cienkich warstw nanometrów z metali o wysokiej czystości i krzemu na płytki mikroprocesorowe odbywa się poprzez proces fizycznego osadzania z fazy gazowej, znany jako rozpylanie. Materiał jest wyrzucany z tarczy i osadzany na warstwie podłoża z krzemu w komorze próżniowej wypełnionej gazem, który ułatwia ten proces; zazwyczaj jest to gaz obojętny, taki jak argon.
Płyty podkładowe tych tarcz wykonane są z aluminium, na którego powierzchni osadzane są materiały o wysokiej czystości, takie jak tantal, miedź, tytan, wolfram lub aluminium o czystości 99,9999%. Fotoelektryczne lub chemiczne trawienie przewodzącej powierzchni podłoża tworzy mikroskopijne wzory obwodów wykorzystywane w działaniu półprzewodnika.
Najczęściej stosowanym stopem aluminium w przetwórstwie półprzewodników jest stop 6061. Aby zapewnić najlepsze parametry stopu, na powierzchnię metalu nakłada się zazwyczaj warstwę ochronną anodowaną, która zwiększa odporność na korozję.
Ze względu na precyzję tych urządzeń, korozja i inne problemy muszą być ściśle monitorowane. Stwierdzono, że kilka czynników przyczynia się do korozji w urządzeniach półprzewodnikowych, na przykład ich pakowanie w plastik.