Mikä on piikiekko? Mihin sitä käytetään?

On todennäköistä, että monet ihmiset ovat joutuneet kosketuksiin piikiekon kanssa tai jopa käyttäneet sitä jokapäiväisessä elämässään, vaikkakin ehkä tietämättään. Ne, jotka ovat käyttäneet laitteita, kuten tietokoneita ja älypuhelimia, ovat varmasti olleet vuorovaikutuksessa tämän tekniikan kanssa. Silikon piikiekkojen merkittävänä toimittajana meiltä kysytään usein kysymyksiä, kuten "Mikä tarkalleen on piikiekko?" ja "Mitä sen käyttötarkoituksia on?" Tässä artikkelissa pyrimme tarjoamaan kattavan johdannon piikiekoihin.

Me WaferProlla tarjoamme laajan valikoiman piikiekkotuotteita puolijohdelaitteiden, MEMS:n ja muiden tuotantoon. Tämä sisältää esikäsittely-, testaus- ja regeneroidut piikiekot eri suunnassa, resistiivisyydessä, paksuudessa ja halkaisijassa.

Mikä on piikiekko?

Piikiekot ovat välttämättömiä materiaaleja puolijohteiden valmistuksessa, joita löytyy lähes kaikenlaisista elektroniikkalaitteista, jotka parantavat ihmisten elämää. Pii on maailmankaikkeuden toiseksi yleisin alkuaine, ja sitä käytetään ensisijaisesti puolijohteena tekniikan ja elektroniikan aloilla.

Monet ihmiset ovat todennäköisesti kohdanneet todellisen piikiekon jossain vaiheessa elämäänsä. Tämä ultra-litteä levy on kiillotettu huolellisesti peilimäiseksi-viimeistelyksi. Lisäksi siinä on pieniä pinnan epätasaisuuksia, mikä tekee siitä maapallon litteimmän esineen. Se on myös erittäin puhdas, ei sisällä epäpuhtauksia ja mikro{5}}hiukkasia, jotka ovat kriittisiä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä ihanteellisen alustamateriaalin nykyaikaisille puolijohteille.

Piin valmistukseen on olemassa useita menetelmiä, mukaan lukien vaakasuuntainen Bridgeman-menetelmä, horisontaalinen gradienttijäädytysmenetelmä, vertikaalinen gradienttijäädytysmenetelmä, pystysuora Bridgeman-menetelmä ja Czochralskin vetomenetelmä.

Kasvuprosessin aikana voidaan lisätä lisäaineita piikiekon puhtauden muuttamiseksi sen käyttötarkoituksen mukaan. Nämä epäpuhtaudet voivat muuttaa piin elektronisia ominaisuuksia, jotka ovat ratkaisevia sen tuotantotarkoituksen kannalta.

Yleisiä kasvatusprosessin aikana lisättyjä lisäaineita ovat alumiini, boori, typpi, indium ja gallium. Riippuen siitä, milloin seostusaineet lisätään, puolijohde voidaan luokitella joko rappeutuneeksi tai ulkoiseksi.

Mihin piikiekkoa käytetään?

1. Puolijohde

Vaikka muita johtimia käytetään erikoisemmissa sovelluksissa, pii on edelleen eniten käytetty puolijohde poikkeuksellisen liikkuvuutensa ansiosta sekä korkeissa että huoneenlämpötilassa.

Se, mikä tekee piistä erinomaisen valinnan elektronisiin laitteisiin, on sen kyky päästää sähkövirtoja kulkemaan johtimiensa läpi paljon tehokkaammin kuin muut materiaalit.

2. Piikiekot elektronisissa laitteissa

Puolijohteet, kuten piikiekot, ovat välttämättömiä sekä elektronisissa laitteissa käytettävien sirujen että mikrosirujen tuotannossa.

Piikiekkojen läpi virtaavien sähkövirtojen ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi nämä puolijohteet ovat olennaisia ​​IC-piirien (integroitujen piirien) luomisessa. IC:t toimivat ohjausyksiköinä erilaisille toimille elektronisissa laitteissa.

Piikiekko on integroitujen piirien ydinkomponentti. Yksinkertaisesti sanottuna integroidut piirit ovat yhdistelmä erilaisia ​​elektronisia komponentteja, jotka on koottu suorittamaan tietty tehtävä.

Pii on puolijohdeteknologian perusta. Kiekko on pohjimmiltaan ohut siivu puolijohdemateriaalia, joka toimii alustana mikroelektronisille laitteille, jotka asetetaan kiekon päälle tai sisälle.

Vaikka piikiekot saattavat tuntua liittyvän läheisesti edistyneisiin teknologisiin vempaimiin, jotka ovat olemassa vain unissa, ne ovat paljon lähempänä meitä kuin useimmat ihmiset ymmärtävät! Piikiekkoja löytyy tietokoneista, älypuhelimista, mobiililaitteista ja jopa rengaspaineanturijärjestelmistä.

3. Muut piikiekkojen käyttötarkoitukset

Ultra-puhtaat piikiekot tarjoavat ihanteellisen alustan kaikille elektronisille laitteille välttämättömien integroitujen piirien luomiseen. Näitä kiekkoja käytetään monenlaisissa sovelluksissa, mukaan lukien:

Mikroprosessorit – ydinsirut, jotka ohjaavat tietokoneita ja älypuhelimia

DRAM- ja Flash-muisti – Miljardeja pii{0}}pohjaisia ​​muistisoluja löytyy siruista

CMOS-anturit – Kuvaanturit, jotka sieppaavat valoa älypuhelinkameroissa ja muissa laitteissa

Virtalaitteet – Erikoismallit, jotka säätelevät sähköä elektronisissa järjestelmissä

MEMS – Pienet mekaaniset ja sähkömekaaniset järjestelmät, jotka on valmistettu piistä

Optiset piirit – Aaltoputket ja fotonilaitteet, jotka integroivat optiikan

Kuinka piikiekkoja valmistetaan - Askel askeleelta

Piikiekot valmistetaan monimutkaisen prosessin kautta, joka sisältää useita kriittisiä vaiheita. Suurin osa WaferPron vakio- ja räätälöidyistä piikiekoista valmistetaan samoilla tiukoilla prosesseilla tiukan laadunvalvonnan alaisena.

1. Harkon kasvattaminen

Erittäin -puhtaus polypii sulatetaan ja kiteytetään yksikideharkoksi Czochralski-prosessilla. Harkot voivat kasvaa yli 2 metrin pituisiksi ja painaa satoja kiloja. Valanteen on oltava poikkeuksellisen puhdas kiderakenteen optimaalista suorituskykyä varten elektroniikassa, koska mahdolliset epäpuhtaudet voivat merkittävästi heikentää toimivuutta.

2. Tasainen tai lovinen hionta

Kun piiharkko on lähes virheetön, seuraava vaihe sisältää tasaisten pintojen tai lovien hiomisen sen reunoilla. Tämä auttaa kohdistamaan harkon oikein myöhempiä prosesseja varten. Piikiteen suunta on kriittinen tarkan leikkaamisen kannalta.

3. Viipalointi

Harkot leikataan sitten levyiksi, joiden paksuus on tyypillisesti 0,2–1,5 mm, käyttämällä sisähalkaisijaa tai teräsahaa. Yhdestä harkosta voidaan viipaloida satoja kiekkoja.

4. Reunojen hionta

Ennen kuin kiekot ovat valmiita valmistukseen, reunat hiotaan mikroskooppisten halkeamien ja viipaloinnin aikana syntyneiden halkeamien poistamiseksi. Tämä tasoittaa reunaa ja vahvistaa reunoja.

5. Lippaus

Kiekot asetetaan kahden pyörivän tyynyn väliin, jotka on päällystetty hankaavilla hiukkasilla ja kemiallisella lietteellä, mikä tasoittaa kiekon molemmat puolet.

6. Etsaus

Etsaus poistaa jäljelle jääneet mikroskooppiset hiukkaset ja hiukkaset ja puhdistaa pintaa atomimittakaavassa.

7. Kiillotus

Kiekot on kiillotettu, jotta saadaan peilimäinen,{0}}tasainen pinta, jossa vikoja on vähän.

8. Puhdistus

Lopuksi kiekot puhdistetaan kostealla kemiallisella kylvyllä jäljellä olevien epäpuhtauksien poistamiseksi.

Pikayhteenveto piikiekkojen valmistuksesta

Vaihe	Kuvaus
1. Si silikoniharkko	Kasvata yksikiteinen piiharkko Czochralski-prosessilla
2. Taso- tai lovihionta	Hio litteitä tai lovia harkon reunoja pitkin kohdistaaksesi ne oikein viipalointia varten
3. Viipalointi	Viipaloi piiharkko levyiksi tuottaaksesi raakapiikiekkoja
4. Reunojen hionta	Hio viipaloitujen kiekkojen reunat poistaaksesi mahdolliset halkeamat tai halkeamat
5. Lippaus	Käytä hankaavia tyynyjä ja lietettä kiekkojen pintojen tasoittamiseen ja tasoittamiseen
6. Etsaus	Käytä kemiallisia kylpyjä poistamaan jäljellä olevat epätasaisuudet ja pinnan hiukkaset
7. Kiillotus	Käytä lopullista kiillotusta saadaksesi erittäin sileät ja tasaiset kiekkopinnat
8. Puhdistus	Puhdista kiekot perusteellisesti poistaaksesi mahdolliset jäämät

Piikiekkojen tärkeimmät tiedot

Halkaisija - 1 tuumasta yli 12 tuumaan, yleisimmät koot ovat 150 mm, 200 mm ja 300 mm

Paksuus - tyypillisesti 0,2-1,5 mm

Tasaisuuden - toleranssi alle 1 μm

Pinnan viimeistely - alle 1 nm:n vaihtelu

Crystal orientation - atomit rivissä paljastamaan halutun pintatason

Doping - luontaisesti tai johon on lisätty jäännöksiä booria/fosforia

Vikatiheys - on minimoitu tiukasti kontrolloiduilla prosesseilla

Piin lyhyt historia elektroniikassa

Transistorin kehitys vuonna 1947 merkitsi radikaalia muutosta elektroniikassa, joka korvasi isot tyhjiöputket. Piistä tuli hallitseva puolijohteiden materiaali runsauden ja erinomaisten ominaisuuksiensa ansiosta.

vuosi	Virstanpylväs
1958	Ensimmäinen piiintegroitu piiri, jossa on neljä transistoria
1968	Ensimmäinen silikoni-DRAM-muistisiru
1971	Ensimmäinen mikroprosessori, jossa on 2300 transistoria
1981	IBM esittelee ensimmäisen henkilökohtaisen tietokoneen, jossa on 29 000 transistorin prosessori
2012	Intel Ivy Bridge -prosessori, jossa on 1,4 miljardia transistoria

Piikiekkojen taloustiede

Piikiekkojen maailmanlaajuisten markkinoiden odotetaan nousevan 17 miljardiin dollariin vuoteen 2027 mennessä. Tehokkaampien ja tehokkaampien laitteiden kysyntä vauhdittaa edelleen kiekotuotannon kasvua.

 

 

Uusiin sovelluksiin toimivien piisirujen kysynnän voimakas kasvu...

Piikiekkojen maailmanlaajuisten markkinoiden odotetaan lähestyvän 17 miljardia dollaria vuoteen 2027 mennessä, ja kiekkojen koot siirtyvät perinteisistä 200 mm:n muodoista suurempiin 300 mm:n muotoihin, mikä lisää suuria investointeja suurempiin kiekkoihin ja tuotantolaitoksiin.

Kehittyneiden näyttöjen ja viestintätekniikoiden kasvava kysyntä ruokkii myös eksoottisten puolijohdekiekkojen markkinoiden kasvua, mukaan lukien materiaalit, kuten GaAs ja InP, joiden vuosimyynti on nyt ylittänyt 5 miljardia dollaria. Kaikista edistysaskeleista huolimatta yksinkertainen mutta tehokas piikiekko on edelleen piimikroelektroniikan selkäranka, joka on integroitu syvästi nykyaikaiseen elämään.

Piikiekot ovat kriittinen perusta integroitujen piirien ja mikrosirujen tuotannossa, jotka tehoavat elektroniikkaa eri teollisuudenaloilla. Nopeiden, edullisempien ja tehokkaampien laitteiden kysynnän kasvaessa eksponentiaalisesti joka vuosi, myös näiden elintärkeiden puolijohdesubstraattien tuotanto kasvaa nopeasti.

Vuonna 2019 piikiekkoja valmistettiin yli 12 miljoonaa kuukaudessa. Tämä tarkoittaa, että yli 150 miljoonaa yksikköä valmistettiin vuosittain maailmanlaajuisesti. Vain viisi vuotta aiemmin, vuonna 2014, vuosituotanto oli lähes 100 miljoonaa. Vuoteen 2025 mennessä ennusteet ennustavat, että yli 300 miljoonaa kiekkoa valmistetaan vuosittain, ja tuotanto kasvaa tasaisesti.

Kasvun päätekijä on pienten ja nopeampien pelimerkkien jatkuva tavoittelu. Jokainen uusi sirusukupolvi mahtuu enemmän laskentatehoa pienemmälle alueelle, mikä tarkoittaa, että jokaisesta kiekosta voidaan tuottaa enemmän siruja. Tämä nopea kehitys, jota usein kutsutaan Mooren laiksi, on johtanut kasvavaan kiekkojen tarjontaan vastaamaan kysyntään transistorien kustannusten laskeessa.

Uudet tuotelanseeraukset, kuten iPhonet tai pelikonsolit, johtavat äkillisiin kysynnän nousuihin, joita vastataan jatkuvilla investoinneilla uusiin puhdastiloihin. Vaikka varhaiset kiekot olivat halkaisijaltaan vain tuumaa, nykyaikaiset 300 mm:n piilevyt mahdollistavat massiiviset mittakaavaedut. Johtavat puolijohdeyritykset kokeilevat nyt jopa prototyyppejä, joiden halkaisija on 450 mm.

Kiekkojen valmistukseen omistettu tuotantotila on laajentunut miljooniksi neliöjaloksi, ja laitteet maksavat jopa 100 miljoonaa dollaria kukin. Viime vuosikymmenen aikana teknologiajättiläiset, kuten TSMC ja Samsung, ovat investoineet yli puoli biljoonaa dollaria kiekkojen valmistuslaitoksiin kilpaillen saavuttaakseen seuraavat läpimurrot miniatyrisoinnissa.

Nykyään TSMC, maailman johtava puhdasvalimo{0}}, tuottaa vuosittain yli 100 miljoonaa kiekkoa. Samsung on myös sisäisten osastoineen merkittävä toimija, joka tuottaa laajan valikoiman siruja muistista mobiiliprosessoreihin. Lisäksi yritykset, kuten SUMCO, GlobalFoundries ja kiinalaiset valmistajat, kuten SMIC, tuottavat yli 50 miljoonaa muuta kiekkoa maailmanlaajuisesti.

Vakiopiikiekkojen markkinat edustavat edelleen kukoistavaa 10 miljardin dollarin alaa, joka toimittaa erikoismalleja erilaisiin tehtaisiin. GlobalWafers, johtava toimija, toimittaa yli 2 miljoonaa kiekkoa kuukaudessa vastatakseen tähän huimaan kysyntään.

Tämän nopeasti kasvavan tuotannon ansiosta puolijohdeyritykset, jotka valmistavat integroituja piirejä näille virheettömälle pii- ja piikarbidialustoille, voivat ylläpitää valtavat yli 500 miljardin dollarin vuotuiset tulonsa maailmanlaajuisessa toimitusketjussa.

Joten, kun seuraavan kerran nautit älypuhelimesi tehosta, käytä hetki ja arvosta valtavaa tuotantokapasiteettia ja pääomaa, joka mahdollistaa sen. Digitaalinen tulevaisuutemme riippuu miljardeista piikiekoista, joita käsitellään vuosittain maailmanlaajuisten valmistusputkien kautta.