S pojmom „elektronika“ môžete spojiť veľa vecí, najmä súčiastky elektronických obvodov ako tranzistory, diódy, integrované obvody atď. Ak ste si plne vedomí týchto komponentov, musíte si byť vedomí prevládajúceho použitia kremíka pri ich výrobe.

Použitie kremíka

Čo je to kremík?

Kremík je polovodičový materiál s atómovým číslom 14, ktorý sa nachádza v skupine 4 periodickej tabuľky. Čistý amorfný kremík prvýkrát pripravil Jones Jacob Berzelius v roku 1824, zatiaľ čo kryštalický kremík prvýkrát pripravil Henry Etienne v roku 1854.

Čo sú to polovodiče?

Polovodiče nie sú nič iné ako materiály s izolačnými vlastnosťami v čistej forme a vodivými vlastnosťami, ak sú dotované alebo pridané nečistoty. Polovodiče majú obvykle pásmovú medzeru (energia potrebná na to, aby sa elektróny uvoľnili z kovalentnej väzby) medzi izolátormi (maximálna medzera v pásme) a vodičmi (minimálna medzera v pásme). Vedenie alebo tok náboja v polovodičoch je dôsledkom pohybu voľných elektrónov alebo dier.

Ak ste oboznámení s periodickou tabuľkou, musíte si byť vedomí skupín v periodickej tabuľke. Polovodičové materiály sú zvyčajne prítomné v skupine 4 periodickej tabuľky alebo tiež v kombinácii 3 a 6 alebo tiež v kombinácii 2 a 4. Najpoužívanejšími polovodičmi sú kremík, germánium a gálium-arzenid.

Čo robí z kremíka najpreferovanejší polovodičový materiál v elektronike?

Toto sú najčastejšie dôvody:

1. Hojnosť kremíka

Najdôležitejším a najvýznamnejším dôvodom popularity kremíka ako materiálu voľby je jeho hojnosť. Ďalej v súlade s kyslíkom, ktorý je asi 46% v zemskej kôre, kremík tvorí asi 28% zemskej kôry. Je všeobecne dostupný vo forme piesku (oxid kremičitý) a kremeňa.

Hojnosť kremíka v prírode

2. Výroba kremíka

Kremíkové doštičky, ktoré sa používajú na výrobu integrovaných obvodov a elektronické komponenty sa vyrábajú pomocou efektívnych a ekonomických postupov. Čistý kremík alebo polysilikón sa získa nasledujúcimi krokmi:

Kremeň je vyrobený tak, aby reagoval s koksom na výrobu metalurgického kremíka v elektrickej peci.
Hutnícky potom sa prevedie kremík na trichlórsilán (TCS) v reaktoroch s fluidným lôžkom.
Potom sa TCS čistí destiláciou a potom sa spolu s vodíkom rozloží na horúce kremíkové vlákna v reaktore. Nakoniec je výsledkom polysilikónová tyč.

Polysilikónová tyčinka sa potom kryštalizuje pomocou Czochralského metódy na získanie kremíkových kryštálov alebo ingotov. Tieto ingoty sú nakoniec rezané na doštičky pomocou metód rezania ID alebo rezania drôtom.

Výroba kremíka

Všetky vyššie uvedené procesy uľahčujú dosiahnutie požadovaného priemeru, orientácie, vodivosti, dopovacej koncentrácie a koncentrácie kyslíka potrebnej na výrobu kremíkových doštičiek.

3. Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti označujú tie vlastnosti, v súvislosti s ktorými je definovaná reakcia materiálov s ostatnými. Chemické vlastnosti závisia priamo od atómovej štruktúry prvku. Kryštalický kremík používaný hlavne v elektronike pozostáva z diamantovej štruktúry. Každá jednotková bunka pozostáva z 8 atómov v a bravaisova mriežka usporiadanie. Vďaka tomu je čistý kremík vysoko stabilný pri izbovej teplote v porovnaní s inými materiálmi, ako je germánium.
Čistý kremík teda najmenej ovplyvňuje voda, kyselina alebo para. Tiež pri vyššej teplote v roztavenom stave kremík ľahko vytvára oxidy a nitridy a dokonca aj zliatiny.

4. Kremíková štruktúra

Fyzikálne vlastnosti kremíka tiež prispievajú k jeho popularite a použitiu ako polovodičového materiálu.

“ako ovládať rýchlosť jednosmerného motora ”

Kremíková štruktúra

Kremík má miernu medzeru v energetickom pásme 1,12 eV pri 0 K. Vďaka tomu je kremík stabilným prvkom v porovnaní s germániom a znižuje sa pravdepodobnosť úniku prúdu. Reverzný prúd je v nanoampéroch a je veľmi nízky.
Kryštalická štruktúra kremíka pozostáva z čelnej kubickej mriežkovej štruktúry s 34% hustotou náplne. To umožňuje ľahkú substitúciu atómov nečistôt na prázdnych miestach mriežky. Inými slovami, dopingová koncentrácia je dosť vysoká, okolo 10 ^ 21atómov / cm ^ 3.

To tiež zvyšuje možnosť pridania nečistôt, ako je kyslík, ako intersticiálnych atómov do kryštálovej mriežky. Toto poskytuje doštičkám silné mechanické pevnosti proti rôznym druhom namáhania, ako je tepelné, mechanické alebo gravitačné.

Dopadové napätie pre kremíkové diódy je 0,7 V, čo je väčšie v porovnaní s germániovými diódami. Vďaka tomu sú stabilnejšie a zvyšuje sa použitie kremíka ako usmerňovačov.

5. Oxid kremičitý

Posledným, ale nie najmenším dôvodom veľkej popularity kremíka, je ľahkosť, s akou vytvára oxidy. Oxid kremičitý je najbežnejšie používaným izolátorom v technológii IC vďaka svojej extrémne stabilnej chemickej povahe v porovnaní s inými oxidmi, ako je germánium, ktoré je rozpustné vo vode a rozkladá sa pri teplote 800 stupňov Celzia.

Oxid kremičitý

“vzorec prevodu delta na hviezdu ”

Oxid kremičitý je možné pestovať tepelne pomocou kyslíka na kremíkových doštičkách pri vyššej teplote alebo nanášať pomocou silánu a kyslíka.

Oxid kremičitý sa používa:

Vo výrobných technikách IC, ako je leptanie, difúzia, implantácia iónov atď.
V dielektriku pre elektronické zariadenia.
Ako ultratenká vrstva pre zariadenia MOS a CMOS. Toto malo vplyv na zvýšenie širokej popularity zariadení CMOS s vysokou vstupnou impedanciou.
V 3D zariadeniach v Technológia MEMs .

Toto sú teda hlavné dôvody zvyšujúceho sa používania kremíka v elektronike. Dúfame, že už budete mať jasné pochopenie a trefné zdôvodnenie, prečo sa kremík používa ako polovodičový materiál na vývoj projektov založených na elektronike. Tu je pre vás jednoduchá, ale zaujímavá otázka: Prečo sa kremík nepoužíva v LED a fotodiódach?

Fotografické úvery: