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1. 왜 칩에 실리콘을 사용하는가?미래에 이를 대체할 수 있는 소재가 있나요?
칩의 원료는 실리콘으로 구성된 웨이퍼다."모래를 사용하여 칩을 만들 수 있다"는 오해가 있지만, 그렇지 않습니다.모래의 주요 화학성분은 이산화규소이고, 유리와 웨이퍼의 주요 화학성분도 이산화규소입니다.그러나 차이점은 유리는 다결정 실리콘이고 모래를 고온에서 가열하면 다결정 실리콘이 생성된다는 점입니다.반면, 웨이퍼는 단결정 실리콘이므로 모래로 만든 경우에는 다결정 실리콘에서 단결정 실리콘으로 더 변형되어야 합니다.

실리콘이란 정확히 무엇이며 왜 칩을 만드는 데 사용될 수 있는지, 이 기사에서 하나씩 공개하겠습니다.

가장 먼저 이해해야 할 것은 실리콘 재료가 칩 단계로 직접 점프하지 않고, 실리콘이 실리콘 원소의 석영 모래에서 정제되고, 실리콘 원소 양성자 수가 알루미늄 원소보다 1개 더 많고, 인 원소보다 1개 적다는 것입니다. , 그것은 현대 전자 컴퓨팅 장치의 물질적 기반일 뿐만 아니라 외계 생명체를 찾는 사람들도 기본적인 가능한 요소 중 하나입니다.일반적으로 실리콘을 정제, 정제(99.999%)하면 실리콘 웨이퍼로 제조된 후 웨이퍼로 절단됩니다.웨이퍼가 얇을수록 칩 제조 비용은 낮아지지만 칩 공정 요구 사항은 높아진다.

실리콘을 웨이퍼로 전환하는 세 가지 중요한 단계

구체적으로 실리콘을 웨이퍼로 변환하는 과정은 실리콘 정제 및 정제, 단결정 실리콘 성장, 웨이퍼 형성의 세 단계로 나눌 수 있습니다.

자연에서 규소는 일반적으로 모래와 자갈에서 규산염이나 이산화규소의 형태로 발견됩니다.원료를 탄소원이 있는 2000°C의 전기로에 넣고 높은 온도에서 이산화규소를 탄소(SiO2 + 2C = Si + 2CO)와 반응시켜 금속 등급의 실리콘( 순도 약 98%).그러나 이 정도의 순도는 전자부품 제조에 충분하지 않기 때문에 더욱 정제해야 한다.분쇄된 금속 등급 실리콘은 기체 염화수소로 염소화되어 액체 실란을 생성한 다음 이를 증류하고 전자 등급 실리콘으로 순도 99.9999999999%의 고순도 폴리실리콘을 생성하는 공정을 통해 화학적으로 환원됩니다.

그렇다면 다결정 실리콘에서 단결정 실리콘을 어떻게 얻습니까?가장 일반적인 방법은 폴리실리콘을 석영 도가니에 넣고 주변 온도를 1400°C로 가열하여 폴리실리콘 용융물을 생성하는 직접 풀링 방법입니다.물론, 이 작업에 앞서 종자 결정을 담그고 인발 막대를 사용하여 종자 결정을 반대 방향으로 운반하면서 실리콘 용융물에서 천천히 수직으로 끌어당깁니다.다결정 실리콘 용융물은 종결정 바닥에 달라붙어 종결정 격자 방향으로 위쪽으로 성장하며, 이를 꺼내 냉각한 후 내부 종결정과 동일한 격자 방향을 갖는 단결정 막대로 성장합니다.마지막으로, 단결정 웨이퍼는 텀블링, 절단, 연삭, 모따기 및 연마를 거쳐 가장 중요한 웨이퍼를 생산합니다.

실리콘 웨이퍼는 절단 크기에 따라 6", 8", 12", 18"로 분류됩니다.웨이퍼 크기가 클수록 각 웨이퍼에서 더 많은 칩을 잘라낼 수 있으며 칩당 비용은 낮아집니다.
2. 실리콘을 웨이퍼로 변환하는 세 가지 중요한 단계

구체적으로 실리콘을 웨이퍼로 변환하는 과정은 실리콘 정제 및 정제, 단결정 실리콘 성장, 웨이퍼 형성의 세 단계로 나눌 수 있습니다.

자연에서 규소는 일반적으로 모래와 자갈에서 규산염이나 이산화규소의 형태로 발견됩니다.원료를 탄소원이 있는 2000°C의 전기로에 넣고 높은 온도에서 이산화규소를 탄소(SiO2 + 2C = Si + 2CO)와 반응시켜 금속 등급의 실리콘( 순도 약 98%).그러나 이 정도의 순도는 전자부품 제조에 충분하지 않기 때문에 더욱 정제해야 한다.분쇄된 금속 등급 실리콘은 기체 염화수소로 염소화되어 액체 실란을 생성한 다음 이를 증류하고 전자 등급 실리콘으로 순도 99.9999999999%의 고순도 폴리실리콘을 생성하는 공정을 통해 화학적으로 환원됩니다.

그렇다면 다결정 실리콘에서 단결정 실리콘을 어떻게 얻습니까?가장 일반적인 방법은 폴리실리콘을 석영 도가니에 넣고 주변 온도를 1400°C로 가열하여 폴리실리콘 용융물을 생성하는 직접 풀링 방법입니다.물론, 이 작업에 앞서 종자 결정을 담그고 인발 막대를 사용하여 종자 결정을 반대 방향으로 운반하면서 실리콘 용융물에서 천천히 수직으로 끌어당깁니다.다결정 실리콘 용융물은 종결정 바닥에 달라붙어 종결정 격자 방향으로 위쪽으로 성장하며, 이를 꺼내 냉각한 후 내부 종결정과 동일한 격자 방향을 갖는 단결정 막대로 성장합니다.마지막으로, 단결정 웨이퍼는 텀블링, 절단, 연삭, 모따기 및 연마를 거쳐 가장 중요한 웨이퍼를 생산합니다.

실리콘 웨이퍼는 절단 크기에 따라 6", 8", 12", 18"로 분류됩니다.웨이퍼 크기가 클수록 각 웨이퍼에서 더 많은 칩을 잘라낼 수 있으며 칩당 비용은 낮아집니다.

실리콘이 칩 제조에 가장 적합한 재료인 이유는 무엇입니까?

이론적으로는 모든 반도체가 칩 재료로 사용될 수 있지만, 실리콘이 칩을 만드는 재료로 가장 적합한 주된 이유는 다음과 같습니다.

1, 지구의 원소 함유량 순위에 따르면, 산소 > 규소 > 알루미늄 > 철 > 칼슘 > 나트륨 > 칼륨 순으로 나타납니다. ......규소가 두 번째로 함유되어 있음을 알 수 있습니다. 칩은 원자재를 거의 무한정 공급할 수 있습니다.

2, 실리콘 원소의 화학적 특성과 재료 특성은 매우 안정적입니다. 최초의 트랜지스터는 게르마늄 반도체 재료를 사용하여 만들었지만 온도가 75℃를 초과하기 때문에 전도도에 큰 변화가 생겨 반전 후 PN 접합으로 만들어졌습니다. 실리콘보다 게르마늄의 누설 전류가 있으므로 실리콘 원소를 칩 재료로 선택하는 것이 더 적합합니다.

3, 실리콘 원소 정화 기술은 성숙하고 비용이 저렴합니다. 현재 실리콘 정화는 99.9999999999%에 도달할 수 있습니다.

4, 실리콘 소재 자체는 무독성이며 무해하며 이는 칩 제조 재료로 선택되는 중요한 이유 중 하나입니다.