Какво е силиконова пластина? За какво се използва?

Вероятно много хора са влизали в контакт или дори са използвали силиконова пластина в ежедневието си, макар и може би без да го осъзнават. За тези, които са използвали устройства като компютри и смартфони, те със сигурност са взаимодействали с тази технология. Като виден доставчик на силициеви пластини, често ни задават въпроси като: "Какво точно е силиконова пластина?" и "Какви са неговите приложения?" В тази статия се стремим да предоставим изчерпателно въведение в силициевите пластини.

За производството на полупроводникови устройства, MEMS и други, ние от WaferPro предлагаме широка гама от силициеви пластини. Това включва първични, тестови и регенерирани силициеви пластини в различни ориентации, съпротивления, дебелини и диаметри.

Какво е силиконова пластина?

Силициевите пластини са основни материали за производството на полупроводници, които се намират в почти всички видове електронни устройства, които подобряват живота на хората. Силицият е вторият най-разпространен елемент във Вселената и се използва предимно като полупроводник в областта на технологиите и електрониката.

Много хора вероятно са срещали истинска силиконова пластина в някакъв момент от живота си. Този ултра-плосък диск е внимателно полиран до огледално- покритие. В допълнение, той се отличава с малки повърхностни неравности, което го прави най-плоският обект на Земята. Освен това е изключително чист, без примеси и микро-частици, които са критични качества, които го правят идеалният субстратен материал за съвременните полупроводници.

Има няколко метода за производство на силиций, включително хоризонтален метод на Бриджман, метод на хоризонтално градиентно замразяване, метод на вертикално градиентно замразяване, вертикален метод на Бриджман и метод на издърпване на Чохралски.

По време на процеса на растеж могат да бъдат въведени добавки, за да се промени чистотата на силиконовата пластина според предназначението й. Тези примеси могат да променят електронните свойства на силиция, които са от решаващо значение за специфичната му производствена цел.

Обичайните добавки, добавени по време на процеса на растеж, включват алуминий, бор, азот, индий и галий. В зависимост от това кога са въведени добавките, полупроводникът може да бъде класифициран като изроден или външен.

За какво се използва силиконовата пластина?

1. Полупроводник

Въпреки че други проводници се използват в по-специализирани приложения, силицийът остава най-широко използваният полупроводник поради изключителната си подвижност, както при високи температури, така и при стайна температура.

Това, което прави силиция отличен избор за електронни устройства, е способността му да позволява на електрическите токове да протичат през неговите проводници много по-ефективно от други материали.

2. Силиконови пластини в електронни устройства

Полупроводниците като силиконовите пластини са от съществено значение при производството както на чипове, така и на микрочипове, използвани в електронни устройства.

Поради уникалните свойства на електрическите токове, протичащи през силициеви пластини, тези полупроводници са неразделна част от създаването на ИС (интегрални схеми). ИС служат като контролни единици за различни действия в електронните устройства.

Силициевата пластина е основният компонент в интегралните схеми. Казано с прости думи, интегралните схеми са комбинация от различни електронни компоненти, сглобени за изпълнение на конкретна задача.

Силицият е в основата на полупроводниковите технологии. Пластината е по същество тънък парче полупроводников материал, действащ като субстрат за микроелектронни устройства, които се поставят върху или вътре в пластината.

Въпреки че силициевите пластини може да изглеждат тясно свързани с напреднали технологични джаджи, които съществуват само в мечтите, те са много по-близо до нас, отколкото повечето хора осъзнават! Силиконовите пластини се намират в компютри, смартфони, мобилни устройства и дори в сензорни системи за налягане в гумите.

3. Други употреби на силициеви пластини

Изключително чистите силициеви пластини осигуряват идеална платформа за създаване на интегрални схеми, които са от съществено значение за всички електронни устройства. Тези вафли се използват в широк спектър от приложения, включително:

Микропроцесори – основните чипове, които управляват компютри и смартфони

DRAM и флаш памет – милиарди клетки с памет-базирани на силиций, намиращи се в чипове

CMOS сензори – Сензори за изображения, които улавят светлина в камери на смартфони и други устройства

Захранващи устройства – Специализирани проекти, които регулират електричеството в електронни системи

MEMS – Малки механични и електромеханични системи, направени от силиций

Оптични вериги – вълноводи и фотонни устройства, които интегрират оптика

Как се правят силиконовите вафли - стъпка по стъпка

Силиконовите пластини се произвеждат чрез сложен процес, включващ няколко критични стъпки. По-голямата част от стандартните и персонализирани силициеви пластини от WaferPro се произвеждат чрез същите тези строги процеси при строг контрол на качеството.

1. Отглеждане на слитъка

Полисилицийът с висока{0}}чистота се разтопява и кристализира в единичен кристален блок чрез процеса на Чохралски. Слитъците могат да станат дълги над 2 метра и да тежат стотици килограми. Слитъкът трябва да има изключително чиста кристална структура за оптимална работа в електрониката, тъй като всякакви примеси могат значително да нарушат функционалността.

2. Плоско или назъбено смилане

След като силициевият блок е почти безупречен, следващата стъпка включва шлифоване на плоски повърхности или прорези по ръбовете му. Това помага за правилното подравняване на блока за последващи процеси. Ориентацията на силициевия кристал е критична за точното рязане.

3. Нарязване

След това блоковете се нарязват на дискове, обикновено с дебелина от 0,2 mm до 1,5 mm, като се използва трион с вътрешен диаметър или телеен трион. От един блок могат да бъдат нарязани стотици вафли.

4. Шлифоване на ръбове

Преди вафлите да са готови за производство, ръбовете им се шлифоват, за да се отстранят микроскопичните пукнатини и пукнатини, образувани по време на нарязването. Това изглажда периферията и укрепва ръбовете.

5. Прилепване

Вафлите се поставят между две въртящи се подложки, покрити с абразивни частици и химическа каша, изглаждайки двете страни на вафлата.

6. Офорт

Гравирането премахва всички останали микроскопични песъчинки и частици, като допълнително пречиства повърхността в атомен мащаб.

7. Полиране

Вафлите са полирани, за да се постигне гладка-огледална повърхност с минимални дефекти.

8. Почистване

Накрая, вафлите се подлагат на мокри химически почистващи вани, за да се отстранят всички останали замърсители.

Кратко резюме на производството на силициеви пластини

стъпка	Описание
1. Силиконов слитък	Отгледайте единичен кристален силициев слитък, като използвате процеса на Чохралски
2. Шлифоване с плосък или прорез	Шлайфайте равнини или прорези по ръбовете на блока, за да ги подравните правилно за нарязване
3. Нарязване	Нарежете силициевия блок на дискове, за да произведете необработени силиконови пластини
4. Шлифоване на ръбове	Смелете краищата на нарязаните вафли, за да премахнете всякакви пукнатини или пукнатини
5. Прилепване	Използвайте абразивни тампони и суспензия, за да изравните и изгладите повърхностите на вафлите
6. Офорт	Използвайте химически бани, за да премахнете останалите неравности и повърхностни частици
7. Полиране	Нанесете окончателно полиране, за да получите изключително гладки и плоски повърхности на вафли
8. Почистване	Почистете старателно вафлите, за да отстраните всички останали остатъци

Основни спецификации на силиконовите пластини

Диаметър - от 1 инч до над 12 инча, най-често срещаните размери са 150 mm, 200 mm и 300 mm

Дебелина - обикновено 0,2-1,5 mm

Плоскост - толеранс под 1 μm

Повърхностно покритие - под вариация от 1 nm

Кристална ориентация - атоми, подредени, за да изложат желаната равнина на повърхността

Допинг - присъщ или с добавени следи от бор/фосфор

Плътността на дефектите - е сведена до минимум чрез строго контролирани процеси

Кратка история на силиция в електрониката

Разработването на транзистора през 1947 г. бележи радикална промяна в електрониката, заменяйки обемистите вакуумни тръби. Силицият стана доминиращ материал за полупроводници поради своето изобилие и превъзходни свойства.

година	Крайъгълен камък
1958	Първа силиконова интегрална схема с четири транзистора
1968	Първият силиконов чип DRAM памет
1971	Първият микропроцесор с 2300 транзистора
1981	IBM представя първия персонален компютър с процесор с 29 000 транзистора
2012	Процесор Intel Ivy Bridge с 1,4 милиарда транзистора

Икономика на силициевите пластини

Глобалният пазар на силициеви пластини се очаква да достигне 17 милиарда долара до 2027 г. Търсенето на по-мощни и ефективни устройства продължава да стимулира растежа на производството на пластини.

 

 

Със силен растеж на търсенето на силициеви чипове, захранващи нови приложения...

Глобалният пазар на силициеви пластини се очаква да достигне 17 милиарда долара до 2027 г., като размерите на пластините се изместват от традиционните 200 mm към по-големите 300 mm формати, което води до големи инвестиции в по-големи пластини и производствени съоръжения.

Нарастващото търсене на усъвършенствани дисплеи и комуникационни технологии също подхранва растежа на пазара на екзотични съставни полупроводникови пластини, включително материали като GaAs и InP, които вече надхвърлят 5 милиарда долара годишни продажби. Въпреки всички постижения, простата, но мощна силиконова пластина продължава да бъде гръбнакът на силициевата микроелектроника, която е дълбоко интегрирана в съвременния живот.

Силиконовите пластини са критична основа за производството на интегрални схеми и микрочипове, които захранват електрониката в различни индустрии. Тъй като търсенето на по-бързи, по-достъпни и по-мощни устройства нараства експоненциално всяка година, производството на тези жизненоважни полупроводникови субстрати също се увеличава с бързи темпове.

През 2019 г. всеки месец са произведени над 12 милиона силициеви пластини. Това означава, че повече от 150 милиона единици са произведени годишно в световен мащаб. Само пет години по-рано, през 2014 г., годишното производство беше близо 100 милиона. До 2025 г. прогнозите предвиждат повече от 300 милиона вафли да се произвеждат всяка година, като производството непрекъснато нараства.

Основният двигател на този растеж е безмилостното преследване на по-малки и по-бързи чипове. Всяко ново поколение чипове побира повече изчислителна мощност в по-малка площ, което означава, че повече чипове могат да бъдат произведени от всяка пластина. Този бърз напредък, често наричан закон на Мур, доведе до нарастващо предлагане на пластини, за да отговори на търсенето, тъй като разходите за транзистори намаляват.

Пускането на нови продукти, като iPhone или игрови конзоли, води до внезапни скокове в търсенето, които се посрещат с непрекъснати инвестиции в нови съоръжения за чисти помещения. Докато ранните вафли бяха само един инч в диаметър, съвременните 300 mm силициеви дискове позволяват огромни икономии от мащаба. Водещите полупроводникови компании сега дори експериментират с прототипи с диаметър 450 mm.

Производственото пространство, посветено на производството на вафли, се разшири до милиони квадратни фута, като оборудването струва до 100 милиона долара всяко. През последното десетилетие технологични гиганти като TSMC и Samsung са инвестирали повече от половин трилион долара в съоръжения за производство на вафли, състезавайки се да постигнат следващите пробиви в миниатюризацията.

Днес TSMC, водещата в света леярна за чиста{0}}игра, произвежда повече от 100 милиона вафли годишно. Samsung, със своите вътрешни подразделения, също е основен играч, произвеждайки широка гама чипове, от памет до мобилни процесори. Освен това компании като SUMCO, GlobalFoundries и китайски производители като SMIC допринасят за повече от 50 милиона допълнителни вафли, произведени в световен мащаб.

Пазарът за продажби на стандартни силиконови пластини все още представлява процъфтяваща индустрия за 10 милиарда долара, доставяща специализирани дизайни за различни фабрики. GlobalWafers, водещ играч, доставя над 2 милиона вафли на месец, за да отговори на това нарастващо търсене.

Това бързо разширяващо се производство позволява на компаниите за полупроводници, които произвеждат интегрални схеми върху тези безупречни силициеви и силициево-карбидни субстрати, да поддържат своите огромни годишни приходи от над 500 милиарда долара в глобалната верига на доставки.

Така че следващия път, когато се насладите на силата на вашия смартфон, отделете малко време, за да оцените огромния производствен капацитет и капитала, които са вложени, за да го направят възможно. Нашето дигитално бъдеще зависи от милиардите силициеви пластини, обработвани годишно чрез глобални производствени линии.