Silikon levhalar, tipik olarak milyarda bir parçadan daha az kirletici madde içeren, oldukça saf silikonun tek bir kristalinden yapılır. Czochralski işlemi, bu saflıkta büyük kristaller oluşturmanın en yaygın yöntemidir; bu yöntem, genellikle eriyik olarak bilinen erimiş silikondan bir tohum kristalinin çekilmesini içerir. Tohum kristali daha sonra boule olarak bilinen silindirik bir külçeye dönüştürülür.
Bor ve fosfor gibi elementler, levhanın elektriksel özelliklerini kontrol etmek için, genellikle onu n-tipi veya p-tipi bir yarı iletken yapmak amacıyla, boule'ye kesin miktarlarda eklenebilir. Daha sonra boule, gofret testeresi olarak da bilinen bir tel testere ile ince dilimler halinde kesilir. Kesilen levhalar değişen derecelerde cilalanabilir.
Silikon Gofret Ne İçin Kullanılır?
Silikon levha, elektronik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan ince bir kristal silikon dilimidir. Silikon bu amaç için kullanılır çünkü yarı iletkendir, yani ne güçlü bir iletken ne de güçlü bir elektrik yalıtkanıdır. Doğal bolluğu ve diğer özellikleri genellikle silisyumun, levha yapımında germanyum gibi diğer yarı iletkenlere tercih edilmesini sağlar.
Silikon levhaların en yaygın boyutları, uygulamalarına bağlıdır. IC'lerde kullanılan levhalar, çapları tipik olarak 100 ila 300 milimetre (mm) arasında değişen yuvarlaktır. Kalınlık genellikle çapla birlikte artar ve genellikle 525 ila 775 mikron (μm) aralığındadır. Güneş pillerindeki plakalar genellikle kenarları 100 ila 200 mm olan kare şeklindedir. Kalınlıkları 200 ila 300 μm arasındadır, ancak bunun yakın gelecekte 160 μm'ye standardize edilmesi bekleniyor.
Entegre devreler
Mikroçip veya sadece çip olarak da bilinen bir IC, yarı iletken malzemeden oluşan bir alt katmana yerleştirilmiş bir dizi elektronik devredir. Kablosuz iletişim cihazları gibi bazı uygulamalarda galyum arsenit kullanılmasına rağmen, monokristalin silikon şu anda IC'ler için en yaygın substrattır. Silikon-germanyum alaşımlarından yapılan levhalar da, tipik olarak silikon-germanyumun daha yüksek hızının daha yüksek maliyete değdiği uygulamalarda daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
IC'ler şu anda çoğu elektronik cihazda kullanılmaktadır ve neredeyse ayrı elektronik bileşenlerin yerini almıştır. Büyüklük sırasına göre ayrı bileşenlere göre daha küçük, daha hızlı ve daha ucuzdurlar. IC'lerin elektronik endüstrisinde hızlı bir şekilde benimsenmesi, aynı zamanda seri üretime kolayca uyum sağlayan IC'lerin modüler tasarımından da kaynaklanmaktadır.
Bu katmanlar normal fotoğraflara benzer şekilde geliştirilir; ancak görünür ışığın dalga boyları gerekli hassasiyette özellikler oluşturmak için çok büyük olduğundan görünür ışık yerine ultraviyole ışık kullanılır. Modern entegrelerin özellikleri o kadar küçüktür ki proses mühendislerinin hata ayıklamak için elektron mikroskopları kullanması gerekir.
IC İmalatı
Otomatik test ekipmanı (ATE), genellikle levha sondalama veya levha testi olarak bilinen bir işlem olan bir IC yapmak için kullanmadan önce her bir levhayı test eder. Daha sonra levha, kalıp olarak bilinen dikdörtgen parçalar halinde kesilir ve daha sonra genellikle altın veya alüminyumdan yapılmış, elektriği ileten teller aracılığıyla bir elektronik pakete bağlanır. Bu teller, termosonik bağlama adı verilen bir işlemle ultrason kullanılarak tipik olarak kalıbın kenarı çevresinde bulunan pedlere bağlanır.
Ortaya çıkan cihazlar, genellikle ATE ve endüstriyel bilgisayarlı tomografi (CT) tarama ekipmanının kullanıldığı son test aşamalarından geçer. Testin göreceli maliyeti, cihazın verimine, boyutuna ve maliyetine göre büyük ölçüde değişir. Örneğin, testler ucuz cihazların toplam imalat maliyetinin %25'inden fazlasını oluşturabilir, ancak düşük verimli, büyük, pahalı cihazlar için bu neredeyse göz ardı edilebilir.
Teknikler
IC'lerin üretimi, birçok özel tekniğin kullanıldığı oldukça otomatik bir süreçtir. Bu yetenekler, bir imalat tesisi inşa etmenin 2016 yılı itibarıyla 8 milyar doları aşabilecek yüksek maliyetini artırmaktadır. Daha fazla otomasyona duyulan ihtiyaç nedeniyle bu maliyetin enflasyondan çok daha hızlı artması beklenmektedir.
Daha küçük transistörlere yönelik eğilim, öngörülebilir gelecekte de devam edecek; 14 nm, 2016'da son teknoloji haline gelecek. Intel, Samsung, Global Foundries ve TSMC gibi IC üreticilerinin 2017 yılı sonuna kadar 10 nm transistörlere geçişe başlaması bekleniyor. .
Büyük levhalar, IC'lerin toplam maliyetini azaltan bir ölçek ekonomisi sağlar. Piyasada bulunan en büyük levhaların çapı 300 mm olup, bir sonraki maksimum boyutun 450 mm olması beklenmektedir. Ancak bu boyuttaki levhaların yapımında hala önemli teknik zorluklar mevcuttur.
IC'lerin üretiminde kullanılan ek teknikler arasında Intel'in 2011'den bu yana 22 nm genişlikte ürettiği üç kapılı transistörler yer alıyor. IBM, silikon-germanyum katmanını ortadan kaldıran, doğrudan yalıtkan üzerinde gerilmiş silikon (SSDOI) olarak bilinen bir işlemi kullanıyor. bir gofret.
Bakır, öncelikle daha yüksek elektrik iletkenliği nedeniyle, IC'lerdeki alüminyum ara bağlantıların yerini alıyor. Düşük K dielektrik izolatörler ve İzolatörlerdeki Silikon (SOI'ler) de IC'ler için gelişmiş üretim teknikleridir.
Yarı İletkenler Hakkında Diğer Kaynaklar
Temel Gofret Terimleri ve Tanımları
Si Gofretlerin Eksen Dışında Kesilmesi
Silikonda Oksijen Yağışı
Silikonlu Uygulamalara İlişkin Camın Özellikleri
Si Gofretler için YARI Spesifikasyonlara İlişkin Kılavuz
Silikonun Islak Kimyasal Aşındırma ve Temizliği
Güneş hücreleri
Bir güneş pili, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için fotovoltaik etkiyi kullanır; bu genellikle elektronları daha yüksek bir enerji durumuna uyarmak için ışığın bazı malzemeler tarafından emilmesini içerir. Işığa maruz kaldığında elektriksel özelliklerini değiştiren bir cihaz olan bir tür fotoelektrik hücredir. Güneş pilleri, "güneş" terimi güneş ışığına ihtiyaç duyduklarını ima etse de, herhangi bir kaynaktan gelen ışığı kullanabilir.
Enerji kaynağı olarak elektrik üretimi, güneş pillerinin en bilinen uygulamalarından biridir. Bu tür güneş pilleri, bir elektrikli cihaza güç sağlamak için kullanılabilen bir pili şarj etmek için bir ışık kaynağı kullanır.
Güneş pilleri genellikle güç sağlamaları amaçlanan cihaza entegre edilir. Örneğin, ev dekorasyonu mağazalarında yaygın olarak bulunan güneş enerjisiyle çalışan ışıklar, gün boyunca bir pili şarj etmek için güneş pillerini kullanır. Geceleri pil, hareket algıladığında ışığı açan bir hareket sensörüne güç sağlar.
Güneş pilleri birinci, ikinci ve üçüncü nesil tiplere ayrılabilir. Birinci nesil hücreler, monokristalin silikon ve polisilikon dahil olmak üzere kristalin silikondan oluşur. Şu anda en yaygın güneş pili türüdür. İkinci nesil hücreler, amorf silikondan oluşan ince film kullanır ve genellikle ticari enerji santrallerinde kullanılır. Üçüncü nesil güneş pilleri, çeşitli yeni teknolojilerle geliştirilen ince filmi kullanıyor ve şu anda sınırlı ticari uygulamalara sahip.
Güneş Pili İmalatı
Birinci nesil güneş pillerinin büyük çoğunluğu kristalin silikondan oluşur, ancak yapısal kalitesi ve saflığı IC'lerde kullanılanın çok altındadır. Monokristalin silikon, ışığı polisilikondan daha verimli bir şekilde elektriğe dönüştürür, ancak monokristalin silikon da daha pahalıdır.
Gofretler, tek tek hücreler oluşturmak için kareler halinde kesilir ve daha sonra köşeleri sekizgenler oluşturacak şekilde kırpılır. Bu şekil güneş panellerine kendine özgü elmas benzeri görünüm kazandırır. Dönüşüm verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için güneş panelini oluşturan hücrelerin hepsinin aynı düzlem boyunca yönlendirilmesi gerekir. Paneller genellikle levhaları korumak için güneşe bakan tarafta bir cam levha ile kaplanır.
Güneş pilleri özel gereksinimlere bağlı olarak seri veya paralel olarak bağlanabilir. Hücrelerin seri bağlanması voltajı arttırırken paralel bağlanması akımı artırır. Paralel dizelerin birincil dezavantajı, gölge efektlerinin gölgeli dizelerin kapanmasına neden olabilmesi ve bu da aydınlatılan dizelerin gölgeli dizelere ters bir eğilim uygulamasına neden olabilmesidir. Bu etki önemli miktarda güç kaybına ve hatta hücrelerde hasara neden olabilir.
Bu problemin tercih edilen çözümü, modüller oluşturmak için hücre dizilerini seri olarak bağlamak ve dizilerin güç gereksinimlerini birbirinden bağımsız olarak ele almak için maksimum güç noktası izleyicileri (MPPT'ler) kullanmaktır. Ancak modüller aynı zamanda istenen yükleme akımı ve tepe voltajına sahip bir dizi oluşturacak şekilde birbirine de bağlanabilir. Gölge etkisinden kaynaklanan sorunların bir diğer çözümü ise güç kaybını azaltmak için şönt diyotların kullanılmasıdır.
Boyut Artışı
Yarı iletken endüstrisinde daha büyük toplara yönelik eğilim, güneş pillerinin boyutunun artmasına neden oldu. 1980'li yıllarda geliştirilen güneş panelleri çapı 50 ile 100 mm arasında olan hücrelerden yapılıyor. 1990'lı ve 2000'li yıllarda yapılan panellerde tipik olarak 125 mm çapında levhalar kullanıldı ve 2008'den bu yana yapılan panellerde 156 mm hücre bulunuyor.
Silikon Gofret Kullanımı
Silikon plakalar çoğunlukla entegre devreler (IC'ler) için alt tabaka olarak kullanılır, ancak bunlar aynı zamanda fotovoltaik veya güneş pillerinde de önemli bir bileşendir. Bu levhaları üretmenin temel süreci, her iki uygulama için de aynıdır, ancak IC'lerde kullanılan levhaların kalite gereksinimleri çok daha yüksektir. Bu plakalar ayrıca güneş pilleri için gerekli olmayan iyon implantasyonu, aşındırma ve fotolitografik desen oluşturma gibi ek adımlardan da geçer.