Proč je 80 % čipů vyrobeno na silikonových destičkách?

Dnes vidíme, že více než 80 % čipů je vyrobeno z křemíkových plátků, spíše než z dnes populárních materiálů, jako je karbid křemíku, arsenid galia, nitrid galia atd. Proč tomu tak je?
Výběrová kritéria pro materiály

0040-02544 Horní část těla, Dps Metal
Existuje několik hlavních faktorů, které je třeba vzít v úvahu při výběru materiálu, který má být použit k výrobě čipu: Elektronické vlastnosti: Materiál musí mít dobré polovodičové vlastnosti, které mohou účinně řídit pohyb elektronů. Krystalová struktura: Materiály musí mít vysoce kvalitní monokrystalickou strukturu, aby se snížily vady a zlepšil výkon čipu. Náklady: Náklady na materiály musí být pro hromadnou výrobu relativně nízké. Zpracovatelnost: Materiály se musí snadno zpracovávat a připravovat a musí být schopny se přizpůsobit stávajícím výrobním procesům. Tepelná stabilita: Materiály musí být schopny odolat změnám výkonu při vysokých teplotách během výroby.

Důvod, proč je křemík materiálem volby
715-031986-005 Reakční komora Hsg Lwr
2.1 Vlastnosti polovodičů
Křemík je vynikající polovodičový materiál s bandgapem 1,12 eV, který je průměrný a vhodný pro provoz většiny elektronických zařízení. Křemík má také dobrou mobilitu elektronů a pohyblivost děr, díky čemuž je vhodný pro výrobu vysoce výkonných čipů.

2.2 Krystalová struktura

0020-33806 Dps horní komory + Poly
Křemík lze použít k výrobě vysoce kvalitních monokrystalů velkých rozměrů procesy, jako je Czochralského metoda a metoda zónové taveniny. Struktura křemíkového krystalu je dokonalá a defekty mřížky jsou malé, což přispívá k výrobě vysoce výkonných integrovaných obvodů.

2.3 Náklady
Křemík je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (asi 26,7 %) a jeho surovina (křemen) je velmi hojná a levná. Ve srovnání s jinými polovodičovými materiály, jako je arsenid galia (GaAs) a karbid křemíku (SiC), jsou náklady na extrakci a přípravu křemíku výrazně nižší.

2.4 Zpracovatelnost
Křemík má dobrou mechanickou pevnost a chemickou stabilitu, což mu umožňuje odolat složitým výrobním procesům. Stávající procesy výroby polovodičů (litografie, difúze, iontová implantace atd.) jsou všechny vyvíjeny na bázi křemíkových materiálů, takže technologie zpracování křemíkových destiček je vyspělá a nízkonákladová.

2.5 Tepelná stabilita

Křemík má vynikající stabilitu při vysokých teplotách, je schopen udržet svou krystalickou strukturu a vlastnosti stabilní při teplotách do 1100 stupňů. To umožňuje křemíku přizpůsobit se potřebám vysokoteplotních procesních kroků v moderní výrobě čipů.

Výzvy s jinými materiály
Ačkoli další materiály, jako je arsenid galia (GaAs), karbid křemíku (SiC) a nitrid galia (GaN), mají také vynikající polovodičové vlastnosti, představují určité problémy, pokud jde o náklady, zpracovatelnost, tepelnou stabilitu atd.:
Gallium arsenid (GaAs): vysoká mobilita elektronů, ale křehkost, vysoké výrobní náklady a obtížné připravit velké monokrystaly.

Karbid křemíku (SiC): Široká šířka pásma pro vysokoteplotní a vysokotlaké aplikace, ale obtížně se pěstují krystaly a jsou nákladné.

Gallium nitrid (GaN): Má vynikající elektronické vlastnosti a tepelnou stabilitu, ale tento materiál je složitý na syntézu a je nákladný.

Ve skutečnosti má křemík jako polovodičový materiál mnoho výhod, včetně dobrých polovodičových vlastností, vysoce kvalitní krystalové struktury, nízké ceny, vyspělé technologie zpracování a vynikající tepelné stability. Tyto faktory dělají z křemíku materiál volby pro výrobu čipů, i když jiné materiály mají také své vlastní jedinečné výhody ve specifických oblastech použití.