Zakaj je 80 % čipov izdelanih na silicijevih rezinah?

Danes vidimo, da je več kot 80 % čipov proizvedenih iz silicijevih rezin, namesto iz danes priljubljenih materialov, kot so silicijev karbid, galijev arzenid, galijev nitrid itd. Zakaj je tako?
Merila za izbor materialov

0040-02544 Zgornji del telesa, Dps Metal
Pri izbiri materiala za izdelavo čipa je treba upoštevati več glavnih dejavnikov: Elektronske lastnosti: material mora imeti dobre polprevodniške lastnosti, ki lahko učinkovito nadzorujejo gibanje elektronov. Kristalna struktura: Materiali morajo imeti visokokakovostno monokristalno strukturo, da zmanjšajo napake in izboljšajo delovanje čipa. Stroški: Stroški materialov morajo biti relativno nizki za množično proizvodnjo. Možnost obdelave: Materiali morajo biti enostavni za obdelavo in pripravo ter sposobni prilagajanja obstoječim proizvodnim procesom. Toplotna stabilnost: materiali morajo biti sposobni prenesti spremembe v delovanju pri visokih temperaturah med proizvodnjo.

Razlog, zakaj je silicij izbrani material
715-031986-005 Reakcijska komora Hsg Lwr
2.1 Lastnosti polprevodnikov
Silicij je odličen polprevodniški material s pasovno širino 1,12 eV, ki je zmerna in primerna za delovanje večine elektronskih naprav. Silicij ima tudi dobro mobilnost elektronov in lukenj, zaradi česar je primeren za proizvodnjo visoko zmogljivih čipov.

2.2 Kristalna struktura

0020-33806 Dps zgornje komore + poli
Silicij se lahko uporablja za proizvodnjo visokokakovostnih monokristalov velike velikosti s postopki, kot sta metoda Czochralskega in metoda conskega taljenja. Struktura silicijevega kristala je popolna in napak v mreži je malo, kar je ugodno za proizvodnjo visoko zmogljivih integriranih vezij.

2.3 Stroški
Silicij je drugi najpogostejši element v zemeljski skorji (približno 26,7 %), njegova surovina (kremen) pa je zelo bogata in poceni. V primerjavi z drugimi polprevodniškimi materiali, kot sta galijev arzenid (GaAs) in silicijev karbid (SiC), so stroški ekstrakcije in priprave silicija znatno nižji.

2.4 Obdelovalnost
Silicij ima dobro mehansko trdnost in kemično stabilnost, kar mu omogoča, da prenese zapletene proizvodne procese. Vsi obstoječi postopki izdelave polprevodnikov (litografija, difuzija, ionska implantacija itd.) so razviti na osnovi silicijevih materialov, zato je tehnologija obdelave silicijevih rezin zrela in poceni.

2.5 Toplotna stabilnost

Silicij ima odlično stabilnost pri visokih temperaturah, sposoben ohraniti svojo kristalno strukturo in lastnosti stabilne pri temperaturah do 1100 stopinj. To omogoča siliciju, da se prilagodi potrebam visokotemperaturnih procesnih korakov v sodobni proizvodnji čipov.

Izzivi z drugimi materiali
Čeprav imajo tudi drugi materiali, kot so galijev arzenid (GaAs), silicijev karbid (SiC) in galijev nitrid (GaN), prav tako odlične polprevodniške lastnosti, predstavljajo nekaj izzivov v smislu stroškov, predelovalnosti, toplotne stabilnosti itd.:
Galijev arzenid (GaAs): visoka mobilnost elektronov, vendar krhkost, visoki proizvodni stroški in težko pripraviti monokristale velike velikosti.

Silicijev karbid (SiC): Širok pasovni razpon za aplikacije pri visokih temperaturah in visokem tlaku, vendar je kristale težko gojiti in je drago.

Galijev nitrid (GaN): ima odlične elektronske lastnosti in toplotno stabilnost, vendar je material zapleten za sintezo in drag.

Pravzaprav ima silicij kot polprevodniški material veliko prednosti, vključno z dobrimi polprevodniškimi lastnostmi, visokokakovostno kristalno strukturo, nizkimi stroški, zrelo tehnologijo obdelave in odlično toplotno stabilnostjo. Zaradi teh dejavnikov je silicij izbran material za izdelavo čipov, čeprav imajo tudi drugi materiali svoje edinstvene prednosti na določenih področjih uporabe.