Với thuật ngữ 'điện tử', bạn có thể liên tưởng nhiều thứ, đặc biệt là thành phần bảng mạch điện tử như bóng bán dẫn, điốt, IC, v.v. Nếu bạn hoàn toàn biết về các thành phần này, bạn cũng phải biết cách sử dụng silicon phổ biến trong sản xuất các thành phần này.

Sử dụng silicon

Silicon là gì?

Silicon là vật liệu bán dẫn có số hiệu nguyên tử là 14, nằm ở nhóm 4 của bảng tuần hoàn. Silicon vô định hình tinh khiết lần đầu tiên được điều chế bởi Jones Jacob Berzelius vào năm 1824, trong khi silicon tinh thể lần đầu tiên được điều chế bởi Henry Etienne vào năm 1854.

Chất bán dẫn là gì?

Chất bán dẫn không là gì ngoài vật liệu có đặc tính cách điện ở dạng tinh khiết và đặc tính dẫn điện khi bị pha tạp chất hoặc thêm tạp chất. Chất bán dẫn thường có một vùng cấm (năng lượng cần thiết để các electron bứt ra khỏi liên kết cộng hóa trị) giữa chất cách điện (độ rộng vùng cấm lớn nhất) và chất dẫn điện (độ rộng vùng cấm tối thiểu). Sự dẫn hay dòng điện tích trong chất bán dẫn là do sự chuyển động của các electron tự do hoặc lỗ trống.

Nếu bạn đã quen thuộc với bảng tuần hoàn, bạn phải biết các nhóm trong bảng tuần hoàn. Vật liệu bán dẫn thường nằm trong nhóm 4 của bảng tuần hoàn hoặc cũng có mặt dưới dạng kết hợp của nhóm 3 và nhóm 6, hoặc là sự kết hợp của nhóm 2 và nhóm 4. Các chất bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất là Silicon, Germanium và Gali-Arsenide.

Vậy, điều gì khiến Silicon trở thành vật liệu bán dẫn được ưa chuộng nhất trong điện tử?

Sau đây là những lý do hàng đầu:

1. Sự phong phú của Silicon

Lý do quan trọng và nổi bật nhất khiến silicon trở thành vật liệu được lựa chọn phổ biến là sự phong phú của nó. Tiếp theo, cùng với oxy chiếm khoảng 46% trong vỏ trái đất, Silicon tạo thành khoảng 28% vỏ trái đất. Nó có sẵn rộng rãi ở dạng cát (silica) và thạch anh.

Sự phong phú silic trong tự nhiên

2. Sản xuất Silicon

Các tấm silicon được sử dụng để sản xuất vi mạch và Linh kiện điện tử được sản xuất bằng các kỹ thuật hiệu quả và tiết kiệm. Silicon tinh khiết hoặc poly silicon thu được bằng các bước sau:

Thạch anh được tạo ra để phản ứng với than cốc để tạo ra silic luyện kim trong lò điện.
Luyện kim silicon sau đó được chuyển đổi thành trichlorosilane (TCS) trong lò phản ứng tầng sôi.
Sau đó, TCS được tinh chế bằng cách chưng cất, và sau đó được phân hủy thành các sợi silicon nóng trong lò phản ứng, cùng với hydro. Cuối cùng, kết quả là một thanh poly-silicon.

Sau đó, thanh poly-silicon được kết tinh bằng phương pháp Czochralski để thu được các tinh thể hoặc thỏi silicon. Những thỏi này cuối cùng được cắt thành các tấm bằng phương pháp cắt ID hoặc cắt dây.

Sản xuất silicon

Tất cả các quá trình trên tạo điều kiện thuận lợi cho việc đạt được đường kính, định hướng, độ dẫn điện, nồng độ pha tạp và nồng độ oxy cần thiết để sản xuất tấm silicon.

3. Tính chất hóa học

Tính chất hóa học đề cập đến những tính chất liên quan đến phản ứng của vật liệu với những vật liệu khác được xác định. Tính chất hóa học phụ thuộc trực tiếp vào cấu tạo nguyên tử của nguyên tố. Silicon tinh thể được sử dụng hầu hết trong điện tử, bao gồm một cấu trúc giống như kim cương. Mỗi ô đơn vị bao gồm 8 nguyên tử trong một mạng bravais sắp xếp. Điều này làm cho silicon tinh khiết có độ ổn định cao ở nhiệt độ phòng khi so sánh với các vật liệu khác như Germanium.
Vì vậy, silicon tinh khiết ít bị ảnh hưởng bởi nước, axit hoặc hơi nước. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao hơn ở trạng thái nóng chảy, silic dễ dàng tạo thành oxit và nitrit và thậm chí cả hợp kim.

4. Cấu trúc silicon

Các tính chất vật lý của Silicon cũng góp phần vào sự phổ biến và được sử dụng như một vật liệu bán dẫn.

“lập trình hợp ngữ 8086 ví dụ ”

Cấu trúc silicon

Silicon sở hữu vùng cấm năng lượng vừa phải là 1,12eV tại 0 K. Điều này làm cho silicon trở thành nguyên tố ổn định khi so sánh với Germanium và giảm nguy cơ rò rỉ dòng điện. Dòng điện ngược tính bằng nano-ampe và rất thấp.
Cấu trúc tinh thể của Silicon bao gồm cấu trúc mạng lập phương tâm mặt với mật độ đóng gói 34%. Điều này cho phép dễ dàng thay thế các nguyên tử tạp chất ở những vị trí trống của mạng tinh thể. Nói cách khác, nồng độ doping khá cao, khoảng 10 ^ 21atoms / cm ^ 3.

Điều này cũng tăng cường khả năng thêm các tạp chất như oxy vào các nguyên tử xen kẽ trong mạng tinh thể. Điều này cung cấp độ bền cơ học mạnh mẽ cho các tấm chống lại các loại ứng suất khác nhau như nhiệt, cơ học hoặc trọng trường.

Điện áp chuyển tiếp cho điốt silicon là 0,7 V, cao hơn khi so sánh với điốt Germanium. Điều này làm cho chúng ổn định hơn và tăng cường sử dụng silicon làm bộ chỉnh lưu.

5. Silicon Dioxit

Lý do cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng nhất cho sự phổ biến rộng rãi của silicon, đó là sự dễ dàng mà nó tạo thành oxit. Silicon dioxide là chất cách điện được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ vi mạch do bản chất hóa học cực kỳ ổn định của nó khi so sánh với các oxit khác như Germanium, hòa tan trong nước và phân hủy ở nhiệt độ 800 độ C.

Silicon Dioxide

“công thức tần số cắt bộ lọc thông cao ”

Silicon Dioxide có thể được nuôi cấy bằng nhiệt bằng cách sử dụng oxy trên các tấm silicon ở nhiệt độ cao hơn hoặc lắng bằng cách sử dụng Silane và Oxy.

Silicon dioxide được sử dụng:

Trong các kỹ thuật chế tạo vi mạch như ăn mòn, khuếch tán, cấy ion, v.v.
Trong Dielectrics cho các thiết bị điện tử.
Là lớp siêu mỏng cho các thiết bị MOS và CMOS. Điều này đã làm tăng sự phổ biến rộng rãi của các thiết bị CMOS với trở kháng đầu vào cao.
Trong các thiết bị 3D trong Công nghệ MEMs .

Vì vậy, đây là những lý do hàng đầu cho việc sử dụng ngày càng nhiều silicon trong thiết bị điện tử. Chúng tôi hy vọng rằng bây giờ bạn có thể đã hiểu rõ ràng và lý luận phù hợp về lý do tại sao silicon được sử dụng làm vật liệu bán dẫn để phát triển các dự án điện tử. Đây là một câu hỏi đơn giản nhưng hấp dẫn dành cho bạn: Tại sao Silicon không được sử dụng trong đèn LED và điốt quang?

Tín ảnh: