「エレクトロニクス」という用語を使用すると、関連付けることができるものがたくさんあります。 電子回路基板コンポーネント トランジスタ、ダイオード、ICなどのように。これらのコンポーネントを完全に認識している場合は、これらのコンポーネントの製造におけるシリコンの一般的な使用法も認識している必要があります。
シリコンの使用
シリコンとは？
シリコンは、周期表の第4族に属する、原子番号14の半導体材料です。純粋なアモルファスシリコンは1824年にJonesJacob Berzeliusによって最初に作成されましたが、結晶シリコンは1854年にHenryEtienneによって最初に作成されました。
半導体とは？
半導体は、純粋な形で絶縁特性を持ち、不純物をドープまたは添加したときに導電性を備えた材料に他なりません。半導体は通常、絶縁体（最大バンドギャップ）と導体（最小バンドギャップ）の間にバンドギャップ（電子が共有結合から解放されるのに必要なエネルギー）を持っています。半導体の電荷の伝導または流れは、自由電子または正孔の動きによるものです。
周期表に精通している場合は、周期表のグループに注意する必要があります。半導体材料は通常、周期表のグループ4に存在するか、グループ3とグループ6の組み合わせとして、またはグループ2とグループ4の組み合わせとしても存在します。最も広く使用されている半導体は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素です。
では、何がシリコンをエレクトロニクスで最も好ましい半導体材料にしているのでしょうか？
以下は、最も重要な理由です。
1.シリコンの豊富さ
選択した材料としてシリコンが人気を博している最も重要な理由は、その豊富さです。次に、地球の地殻の約46％である酸素と一致して、シリコンは地球の地殻の約28％を形成します。それは砂（シリカ）と石英の形で広く利用可能です。
自然界のシリコンの豊富さ
2.シリコン製造
ICの製造に使用されるシリコンウェーハと 電子部品 効果的かつ経済的な技術を使用して製造されています。純粋なシリコンまたはポリシリコンは、次の手順で取得されます。
- 石英はコークスと反応して電気炉で冶金シリコンを生成します。
- 冶金 その後、シリコンが変換されます 流動床反応器でトリクロロシラン（TCS）に。
- 続いて、TCSは蒸留によって精製され、水素とともに反応器内で高温のシリコンフィラメントに分解されます。最後に、結果はポリシリコンロッドです。
次に、ポリシリコンロッドをチョクラルスキー法を使用して結晶化し、シリコン結晶またはインゴットを取得します。これらのインゴットは、ID切断またはワイヤー切断法を使用して最終的にウェーハに切断されます。
シリコン製造
上記のすべてのプロセスは、シリコンウェーハの製造に必要な直径、配向、導電率、ドーピング濃度、および酸素濃度の達成を容易にします。
3.化学的性質
化学的性質とは、材料と他の物質との反応が定義される特性を指します。化学的性質は、元素の原子構造に直接依存します。主に電子機器で使用される結晶シリコンは、ダイヤモンドのような構造で構成されています。各ユニットセルは、8つの原子で構成されています。 ブラベ格子 配置。これにより、ゲルマニウムなどの他の材料と比較した場合、純粋なシリコンは室温で非常に安定します。
したがって、純粋なシリコンは、水、酸、または蒸気の影響をほとんど受けません。また、溶融状態の高温では、シリコンは酸化物や窒化物、さらには合金を形成しやすくなります。
4.シリコン構造
シリコンの物理的性質も、半導体材料としての人気と使用に貢献しています。
シリコン構造
- シリコンは、0 Kで1.12eVの中程度のエネルギーバンドギャップを持っています。これにより、ゲルマニウムと比較してシリコンが安定した元素になり、リーク電流の可能性が減少します。逆電流はナノアンペア単位であり、非常に低いです。
- シリコンの結晶構造は、34％の充填密度を持つ面心立方格子構造で構成されています。これにより、格子の空の場所にある不純物の原子を簡単に置き換えることができます。言い換えれば、ドーピング濃度は非常に高く、約10 ^ 21atoms / cm ^ 3です。
これにより、結晶格子内の格子間原子として酸素などの不純物が追加される可能性も高まります。これにより、熱的、機械的、重力などのさまざまな種類の応力に対して、ウェーハに強力な機械的強度が提供されます。
- シリコンダイオードの順方向電圧は0.7Vで、ゲルマニウムダイオードと比較すると高くなっています。これにより、それらがより安定し、整流器としてのシリコンの使用が強化されます。
5.二酸化ケイ素
シリコンが非常に人気のある最後の理由は、酸化物の形成のしやすさです。二酸化ケイ素は、水溶性で摂氏800度の温度で分解するゲルマニウムのような他の酸化物と比較して非常に安定した化学的性質があるため、IC技術で最も広く使用されている絶縁体です。
二酸化ケイ素
二酸化ケイ素は、高温でシリコンウェーハ上に酸素を使用して熱的に成長させるか、シランと酸素を使用して堆積させることができます。
二酸化ケイ素が使用されます：
- エッチング、拡散、イオン注入などのIC製造技術。
- 電子機器用の誘電体。
- MOSおよびCMOSデバイスの超薄層として。これにより、入力インピーダンスの高いCMOSデバイスの人気が高まりました。
- の3Dデバイスで MEMsテクノロジー 。
したがって、これらが電子機器でのシリコンの使用が増加している最大の理由です。エレクトロニクスベースのプロジェクトを開発するための半導体材料としてシリコンが使用されている理由について、これまでに明確な理解と適切な推論が得られたことを願っています。シンプルでありながら興味深い質問があります。LEDやフォトダイオードにシリコンが使用されていないのはなぜですか。
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