'Elektronik' terimiyle, ilişkilendirebileceğiniz birçok şey vardır, özellikle elektronik devre kartı bileşenleri transistörler, diyotlar, IC'ler vb. gibi. Bu bileşenlerin tamamen farkındaysanız, bu bileşenlerin üretiminde de geçerli silikon kullanımlarından haberdar olmalısınız.

Silikon Kullanımları

Silikon nedir?

Silikon, periyodik tablonun 4. grubunda yer alan, atom numarası 14 olan yarı iletken bir malzemedir. Saf Amorf silikon ilk olarak 1824'te Jones Jacob Berzelius tarafından hazırlanırken, kristalin silikon ilk olarak 1854'te Henry Etienne tarafından hazırlandı.

Yarı iletken nedir?

Yarı iletkenler, katkılı veya katışıksız eklendiklerinde saf halde yalıtım özelliklerine ve iletken özelliklere sahip malzemelerden başka bir şey değildir. Yarı iletkenler genellikle yalıtkanlar (maksimum bant aralığı) ve iletkenler (minimum bant aralığı) arasında bir bant boşluğuna (elektronların kovalent bağdan kurtulmaları için gereken enerji) sahiptir. Yarı iletkenlerdeki yük iletimi veya akışı, serbest elektronların veya deliklerin hareketinden kaynaklanır.

Periyodik tabloya aşina iseniz, periyodik tablodaki grupların farkında olmalısınız. Yarı iletken malzemeler genellikle periyodik tablonun 4. grubunda bulunur veya ayrıca grup 3 ve grup 6'nın bir kombinasyonu veya grup 2 ve grup 4'ün bir kombinasyonu olarak da bulunur. En yaygın kullanılan yarı iletkenler Silikon, Germanyum ve Galyum-Arsenittir.

Peki, elektronikte en çok tercih edilen yarı iletken malzeme olarak silikon yapan nedir?

Aşağıdakiler en önemli nedenlerdir:

1. Bol Silikon

Silikonun tercih edilen bir malzeme olarak popülaritesinin en önde gelen ve en belirgin nedeni bolluğudur. Yerkabuğunun yaklaşık% 46'sını oluşturan oksijene paralel olarak, Silikon yer kabuğunun yaklaşık% 28'ini oluşturur. Kum (silis) ve kuvars şeklinde yaygın olarak bulunur.

Doğada silikon bolluğu

2. Silikon İmalatı

IC'lerin üretiminde kullanılan silikon gofretler ve elektronik parçalar etkili ve ekonomik teknikler kullanılarak üretilmektedir. Saf silikon veya poli silikon aşağıdaki adımlarla elde edilir:

Kuvars, bir elektrikli fırında metalurjik silikon üretmek için kok ile reaksiyona girecek şekilde yapılır.
Metalurjik silikon daha sonra dönüştürülür akışkan yataklı reaktörlerde triklorosilana (TCS).
Daha sonra TCS, damıtma yoluyla saflaştırılır ve daha sonra hidrojenle birlikte bir reaktörde sıcak silikon filamentler üzerinde ayrıştırılır. Son olarak, sonuç, bir poli-silikon çubuktur.

Poli-silikon çubuk daha sonra silikon kristalleri veya külçeler elde etmek için Czochralski yöntemi kullanılarak kristalleştirilir. Bu külçeler nihayet ID kesme veya tel kesme yöntemleri kullanılarak gofretler halinde kesilir.

Silikon İmalatı

Yukarıdaki işlemlerin tümü, silikon gofret üretimi için gerekli olan çap, yönelim, iletkenlik, katkı konsantrasyonu ve oksijen konsantrasyonunun elde edilmesini kolaylaştırır.

3. Kimyasal Özellikler

Kimyasal özellikler, malzemelerin başkalarıyla reaksiyonunun tanımlandığı özellikleri ifade eder. Kimyasal özellikler doğrudan elementin atom yapısına bağlıdır. Çoğunlukla elektronikte kullanılan Kristalin Silikon, elmas benzeri bir yapıdan oluşur. Her birim hücre, bir içinde 8 atomdan oluşur. bravais kafes aranjman. Bu, saf silikonu Germanyum gibi diğer malzemelerle karşılaştırıldığında oda sıcaklığında oldukça kararlı hale getirir.
Böylece saf silikon su, asit veya buhardan en az etkilenir. Ayrıca, erimiş halde daha yüksek sıcaklıkta silikon kolayca oksitleri ve nitrürleri ve hatta alaşımları oluşturur.

4. Silikon Yapısı

Silikonun fiziksel özellikleri aynı zamanda popülerliğine ve yarı iletken malzeme olarak kullanımına da katkıda bulunur.

“DC motorun hızı nasıl kontrol edilir ”

Silikon yapısı

Silikon, 0 K'da 1.12eV'lik orta derecede bir enerji bandı boşluğuna sahiptir. Bu, silikonu Germanyum ile karşılaştırıldığında kararlı bir element haline getirir ve kaçak akım olasılığını azaltır. Ters akım nano amper cinsindendir ve çok düşüktür.
Silikonun kristal yapısı,% 34 paketleme yoğunluğuna sahip yüz merkezli kübik kafes yapıdan oluşur. Bu, kafesin boş yerlerinde safsızlık atomlarının kolayca ikame edilmesini sağlar. Başka bir deyişle, doping konsantrasyonu oldukça yüksektir, yaklaşık 10 ^ 21atom / cm ^ 3'tür.

Bu aynı zamanda, kristal kafes içindeki ara atomlar olarak oksijen gibi safsızlıkların eklenmesi olasılığını da artırır. Bu, gofretlere termal, mekanik veya yerçekimi gibi farklı stres türlerine karşı güçlü bir mekanik mukavemet sağlar.

Silikon diyotlar için ileri voltaj 0,7 V'tur ve Germanyum diyotlara kıyasla daha yüksektir. Bu onları daha kararlı hale getirir ve redresör olarak silikon kullanımlarını artırır.

5. Silikon Dioksit

Silisyumun muazzam popülaritesinin son fakat en az olmayan nedeni, oksitleri oluşturma kolaylığıdır. Silikon dioksit, suda çözünür olan ve 800 santigrat derece sıcaklıkta ayrışan Germanyum gibi diğer oksitlerle karşılaştırıldığında son derece kararlı kimyasal yapısı sayesinde IC teknolojisinde en yaygın kullanılan yalıtkandır.

Silikon dioksit

“ic 741 kullanan karşılaştırıcı devresi ”

Silikon Dioksit, daha yüksek sıcaklıkta silikon gofretler üzerinden oksijen kullanılarak termal olarak büyütülebilir veya Silan ve Oksijen kullanılarak biriktirilebilir.

Silikon dioksit kullanılır:

Aşındırma, difüzyon, iyon implantasyonu vb. IC üretim tekniklerinde.
Elektronik cihazlar için Dielectrics'te.
MOS ve CMOS cihazları için Ultra ince bir katman olarak. Bu, yüksek giriş empedanslı CMOS cihazlarının geniş popülaritesini artırmıştır.
3D cihazlarda MEMs teknolojisi .

Bu nedenle, elektronikte silikon kullanımının artmasının en önemli nedenleri bunlar. Şimdiye kadar, elektronik tabanlı projeler geliştirmek için silikonun neden yarı iletken bir malzeme olarak kullanıldığına dair net bir anlayışa ve uygun bir mantığa sahip olacağınızı umuyoruz. İşte size basit ama merak uyandıran bir soru: LED'lerde ve foto diyotlarda neden Silikon kullanılmıyor?

Fotoğrafa katkı verenler: