Με τον όρο «ηλεκτρονικά», υπάρχουν πολλά πράγματα που μπορείτε να συσχετίσετε, ειδικά το ηλεκτρονικά εξαρτήματα πλακέτας κυκλώματος όπως τρανζίστορ, δίοδοι, IC και ούτω καθεξής. Εάν γνωρίζετε πλήρως αυτά τα εξαρτήματα, πρέπει να γνωρίζετε και τις επικρατούσες χρήσεις πυριτίου στην κατασκευή αυτών των εξαρτημάτων.
Χρήσεις σιλικόνης
Τι είναι το Silicon;
Το πυρίτιο είναι ένα υλικό ημιαγωγών με ατομικό αριθμό 14, που βρίσκεται στην ομάδα 4 του περιοδικού πίνακα. Το καθαρό άμορφο πυρίτιο παρασκευάστηκε για πρώτη φορά από τον Jones Jacob Berzelius το 1824, ενώ το κρυσταλλικό πυρίτιο προετοιμάστηκε για πρώτη φορά από τον Henry Etienne το 1854.
Τι είναι οι ημιαγωγοί;
Οι ημιαγωγοί δεν είναι τίποτα άλλο από υλικά με μονωτικές ιδιότητες σε καθαρή μορφή και αγώγιμες ιδιότητες όταν εμπλουτίζονται ή προστίθενται με ακαθαρσίες. Οι ημιαγωγοί συνήθως έχουν ένα διάκενο ζώνης (ενέργεια που απαιτείται για να σπάσουν τα ηλεκτρόνια από τον ομοιοπολικό δεσμό) μεταξύ μονωτών (μέγιστο διάκενο ζώνης) και αγωγών (ελάχιστο διάκενο ζώνης). Η αγωγή ή η ροή φορτίου στους ημιαγωγούς οφείλεται στην κίνηση ελεύθερων ηλεκτρονίων ή οπών.
Εάν είστε εξοικειωμένοι με τον περιοδικό πίνακα, πρέπει να γνωρίζετε τις ομάδες σε έναν περιοδικό πίνακα. Τα υλικά ημιαγωγών συνήθως υπάρχουν στην ομάδα 4 του περιοδικού πίνακα ή επίσης εμφανίζονται ως συνδυασμός της ομάδας 3 και της ομάδας 6, ή ως συνδυασμός της ομάδας 2 και της ομάδας 4 επίσης. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι ημιαγωγοί είναι Silicon, Germanium και Gallium-Arsenide.
Λοιπόν, τι κάνει το Silicon ως το πιο προτιμώμενο υλικό ημιαγωγών στα ηλεκτρονικά;
Οι παρακάτω είναι οι κορυφαίοι περισσότεροι λόγοι:
1. Αφθονία πυριτίου
Ο κυριότερος και πιο σημαντικός λόγος για τη δημοτικότητα του πυριτίου ως υλικού επιλογής είναι η αφθονία του. Στη συνέχεια, σύμφωνα με το οξυγόνο που είναι περίπου 46% στον φλοιό της γης, το Silicon σχηματίζει περίπου το 28% του φλοιού της γης. Διατίθεται ευρέως με τη μορφή άμμου (σίλικα) και χαλαζία.
Η αφθονία του πυριτίου στη φύση
2. Κατασκευή πυριτίου
Οι γκοφρέτες πυριτίου που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή IC και ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας αποτελεσματικές και οικονομικές τεχνικές. Το καθαρό πυρίτιο ή το πολυ πυρίτιο λαμβάνεται με τα ακόλουθα βήματα:
- Ο χαλαζίας κατασκευάζεται για να αντιδρά με οπτάνθρακα για την παραγωγή μεταλλουργικού πυριτίου σε ηλεκτρικό κλίβανο.
- Η μεταλλουργική Στη συνέχεια μετατρέπεται το πυρίτιο σε τριχλωροσιλάνιο (TCS) σε αντιδραστήρες ρευστοποιημένης κλίνης.
- Στη συνέχεια, το TCS καθαρίζεται με απόσταξη και στη συνέχεια αποσυντίθεται σε θερμές ίνες πυριτίου σε έναν αντιδραστήρα, μαζί με υδρογόνο. Τέλος, το προκύπτον είναι μια ράβδος πολυ-πυριτίου.
Η ράβδος πολυ-πυριτίου στη συνέχεια κρυσταλλώνεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Czochralski για τη λήψη κρυστάλλων ή πλινθωμάτων πυριτίου. Αυτά τα πλινθώματα κόβονται τελικά σε γκοφρέτες χρησιμοποιώντας μεθόδους κοπής ταυτότητας ή κοπής καλωδίων.
Κατασκευή πυριτίου
Όλες οι παραπάνω διαδικασίες διευκολύνουν την επίτευξη της απαιτούμενης διαμέτρου, του προσανατολισμού, της αγωγιμότητας, της συγκέντρωσης ντόπινγκ και της συγκέντρωσης οξυγόνου που απαιτούνται για την παραγωγή πλακιδίων πυριτίου.
3. Χημικές ιδιότητες
Οι χημικές ιδιότητες αναφέρονται σε εκείνες τις ιδιότητες στις οποίες ορίζεται η αντίδραση υλικών με άλλα. Οι χημικές ιδιότητες εξαρτώνται άμεσα από την ατομική δομή του στοιχείου. Το κρυσταλλικό πυρίτιο που χρησιμοποιείται κυρίως στα ηλεκτρονικά, αποτελείται από δομή τύπου διαμαντιού. Κάθε κελί μονάδας αποτελείται από 8 άτομα στο α πλέγμα bravais συμφωνία. Αυτό καθιστά το καθαρό πυρίτιο εξαιρετικά σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου σε σύγκριση με άλλα υλικά όπως το Germanium.
Έτσι, το καθαρό πυρίτιο επηρεάζεται λιγότερο από νερό, οξύ ή ατμό. Επίσης, σε υψηλότερη θερμοκρασία σε λιωμένη κατάσταση, το πυρίτιο σχηματίζει εύκολα οξείδια και νιτρίδια και ακόμη και κράματα.
4. Δομή πυριτίου
Οι φυσικές ιδιότητες του Silicon συμβάλλουν επίσης στη δημοτικότητά του και τη χρήση του ως ημιαγωγού υλικού.
Δομή πυριτίου
- Το πυρίτιο διαθέτει ένα εύρος ζώνης μέτριας ενέργειας 1,12eV στα 0 K. Αυτό καθιστά το πυρίτιο ένα σταθερό στοιχείο σε σύγκριση με το γερμάνιο και μειώνει την πιθανότητα διαρροής ρεύματος. Το αντίστροφο ρεύμα βρίσκεται σε νανο-αμπέρ και είναι πολύ χαμηλό.
- Η κρυσταλλική δομή του πυριτίου αποτελείται από κυβική δικτυωτή δομή με κεντρικό πρόσωπο με πυκνότητα συσκευασίας 34%. Αυτό επιτρέπει την εύκολη αντικατάσταση των ατόμων ακαθαρσιών στα κενά σημεία του πλέγματος. Με άλλα λόγια, η συγκέντρωση ντόπινγκ είναι αρκετά υψηλή, περίπου 10 ^ 21atoms / cm ^ 3.
Αυτό ενισχύει επίσης την πιθανότητα προσθήκης ακαθαρσιών όπως το οξυγόνο ως διάμεσων ατόμων εντός του κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτό παρέχει ισχυρή μηχανική αντοχή στις γκοφρέτες έναντι διαφόρων ειδών τάσεων όπως θερμική, μηχανική ή βαρυτική.
- Η τάση προς τα εμπρός για διόδους πυριτίου είναι 0,7 V, η οποία είναι υψηλότερη σε σύγκριση με τις διόδους γερμανίου. Αυτό τα καθιστά πιο σταθερά και βελτιώνει τις χρήσεις του πυριτίου ως ανορθωτές.
5. Διοξείδιο του πυριτίου
Ο τελευταίος αλλά όχι ο ελάχιστος λόγος για την τεράστια δημοτικότητα του πυριτίου, είναι η ευκολία με την οποία σχηματίζει οξείδια. Το διοξείδιο του πυριτίου είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος μονωτής στην τεχνολογία IC λόγω της εξαιρετικά σταθερής χημικής του φύσης σε σύγκριση με άλλα οξείδια όπως το Germanium, το οποίο είναι υδατοδιαλυτό και αποσυντίθεται σε θερμοκρασία 800 βαθμούς Κελσίου.
Διοξείδιο του πυριτίου
Το διοξείδιο του πυριτίου μπορεί να αναπτυχθεί θερμικά χρησιμοποιώντας οξυγόνο πάνω από γκοφρέτες πυριτίου σε υψηλότερη θερμοκρασία ή να κατατεθεί χρησιμοποιώντας σιλάνιο και οξυγόνο.
Το διοξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται:
- Σε τεχνικές κατασκευής IC όπως χάραξη, διάχυση, εμφύτευση ιόντων κ.λπ.
- Στο Dielectrics για τις ηλεκτρονικές συσκευές.
- Ως στρώμα Ultrathin για συσκευές MOS και CMOS. Αυτό έχει πράγματι αυξήσει την ευρεία δημοτικότητα των συσκευών CMOS με υψηλή αντίσταση εισόδου.
- Σε συσκευές 3D σε Τεχνολογία ΜΕΜ .
Έτσι, αυτοί είναι οι κορυφαίοι περισσότεροι λόγοι για την αυξανόμενη χρήση του πυριτίου στα ηλεκτρονικά. Ελπίζουμε ότι μέχρι τώρα μπορεί να έχετε μια σαφή κατανόηση και κατάλληλη συλλογιστική για το γιατί το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως υλικό ημιαγωγών για την ανάπτυξη έργων που βασίζονται σε ηλεκτρονικά είδη. Εδώ είναι μια απλή αλλά ενδιαφέρουσα ερώτηση για εσάς: Γιατί το Silicon δεν χρησιμοποιείται σε LED και φωτοδίοδοι;
Φωτογραφικές μονάδες:
- Χρήσεις του πυριτίου από thomasnet
- Η αφθονία του πυριτίου στη φύση από καθαρό δωμάτιο
- Κατασκευή πυριτίου από sunedisonsilicon
- Δομή πυριτίου από chemistryinamaterialworld
- Διοξείδιο του πυριτίου από πράσινος-πλανήτης-ηλιακή ενέργεια
