Silikon
Linas JuozėnasPaylaş
Silikon: Taş, Cam, Işık ve Mantığın Arkasındaki Tetrahedral Element
Silikon, nadiren aynı malzeme hikayesinde bir arada görülen iki ölçeği birbirine bağlar. Dünya kabuğunda, kuvars, feldispat, kil, mika, piroksen, amfibol ve sayısız diğer mineralleri oluşturan oksijen merkezli çerçeveler, zincirler, tabakalar ve izole tetrahedra işgal eder. Saflaştırılmış elementel formda ise aynı atom, bor, fosfor ve ilgili katkı maddelerinin çok küçük eklemeleriyle iletkenliği değiştirilebilen hassas kontrollü bir yarı iletkene dönüşür. Değeri metalik bolluk veya mücevher rengi değil, yapısındadır: dört kovalent bağ, kararlı bir oksit, ayarlanabilir bir bant aralığı ve parlatılmış bir kristal yüzeye milyarlarca cihaz yerleştirebilen bir üretim sistemi.
Hızlı Bilgiler
Elementel silikon, geleneksel bir metal değil, kovalent bağlı bir yarı iletkendir. Parlatılmış yüzeyi metalik görünebilir, ancak elektriksel davranışı, kırılgan kırılması, optik emilimi ve dört katlı kristal yapısı onu farklı bir malzeme kategorisine yerleştirir. Doğada bulunan hemen hemen tüm silikon kimyasal olarak oksijen ve diğer elementlere bağlıdır; koleksiyon boyutundaki elementel örnekler genellikle rafine edilmiş veya laboratuvarda yetiştirilmiştir.
| Terim | Anlam | Önemli ayrım |
|---|---|---|
| Silikon | Elementel, alaşımlı, kristalin, polikristalin veya amorf formda kimyasal element Si. | Elementel silikon kuvars değildir ve esnek bir silikon polimeri değildir. |
| Silika | Kuvars, tridimit, kristobalit, koesit, stişovit, opal, cam ve ilgili formlarda bulunan silikon dioksit, SiO₂. | Silika oksijen içerir ve elementel silikondan çok farklı özelliklere sahiptir. |
| Silikat | Metaller ve diğer katyonlarla bağlı silikon-oksijen tetraedralarından oluşan büyük bir mineral ve malzeme ailesi. | Feldispat, mika, kil, piroksen, amfibol, olivin ve garnet silikatlardır, elementel silikon değildir. |
| Silikon | Polimer omurgasında dönüşümlü silikon ve oksijen içeren sentetik polisiloksan malzeme ailesi. | Silikonlar kauçuksu, akışkan, reçinemsi veya yapışkan olabilir; bunlar elementel silikon değildir. |
| Silikon karbür | SiC, nadir moissanit olarak doğal bulunan ve birçok teknik formda üretilen sert kovalent seramik. | Elementel silikondan daha sert, daha yoğun ve optik olarak farklıdır. |
| Polisilikon | Yarı iletken ve fotovoltaik üretimi için çubuk, parça veya granül olarak depo edilen yüksek saflıkta polikristalin silikon. | İsim, silikon içeren bir polimere değil, birçok kristal tanesine atıfta bulunur. |
| Monokristalin silikon | Kullanışlı hacim boyunca tek bir kristalografik yönelime sahip sürekli kristal. | Çoğu entegre devre wafer'ı dikkatlice büyütülmüş tek kristal ingotlardan başlar. |
| Amorf silikon | Elektronik kusurları azaltmak için genellikle hidrojenleştirilmiş ince film olarak depo edilen kristalsiz silikon. | Bir wafer kristalinin uzun menzilli elmas-kübik düzenine sahip değildir. |
Kimlik, İsimlendirme ve Element ile Mineral Arasındaki Sınır
Silikon bir elementtir, her silikon içeren madde için genel bir isim değildir. Bu ayrım önemlidir çünkü elementel silikon koyu, opak, kırılgan, yarı iletken ve elmas-kübik yapıya sahipken, kuvars şeffaf veya yarı saydam silikon dioksittir ve silikon ise sentetik bir polimerdir.
İsim, nihayetinde çakmak taşı ve sert taşla ilişkili kelimelerden türemiştir. Erken kimyacılar, silikanın bilinmeyen bir element içerdiğini, onu izole edemeden çok önce fark etmişlerdir. Modern İngilizce formu silicon, yeterince saf örnekler tam fiziksel çalışma için mevcut olmadan önce benimsenmiştir.
Yerel elementel silikon nadir meteoritlerden ve yüksek indirgenmiş karasal ortamlardan bildirilmiştir, ancak bu tür oluşumlar genellikle mikroskobiktir ve analitik doğrulama gerektirir. “Silikon” etiketi taşıyan el büyüklüğünde bir örnek neredeyse her zaman endüstriyel malzemedir: metalurjik silikon, polisilikon, eritilerek büyütülmüş kristal, wafer veya işlenmiş bir bileşen.
Elementel silikon
Katkı maddeleri, safsızlıklar, yüzey oksidi ve işleme katmanları dışında yalnızca silikon atomlarından oluşan kovalent kristal.
Silika
Kristalin, camsı, opalin veya yüksek basınçlı formlarda silikon dioksit. Oksijen iskeleti tamamen farklı optik ve kimyasal davranışlar üretir.
Silikat mineralleri
Silikon–oksijen tetrahedralarının alüminyum, magnezyum, demir, kalsiyum, sodyum, potasyum ve diğer elementlerle birleştiği mineraller.
Silikon alaşımları
Ferrosilikon ve alüminyum–silikon alaşımları önemli miktarda silikon içerir ancak saf yarı iletkenler yerine çok fazlı metalik malzemeler gibi davranır.
Silikonlar
Esneklikleri, sızdırmazlıkları, termal stabiliteleri ve yüzey davranışları Si–O omurgası ile organik yan gruplardan kaynaklanan üretilmiş polimerler.
Kolektör terminolojisi
Tanımlamalar, bir örneğin metalurjik kalite, polisilikon, monokristal, polikristal, wafer malzemesi, kaplanmış, katkılı veya işlenmiş olup olmadığını belirtmelidir.
Atomik Mimari: Neden Dört Bağ Her Şeyi Değiştirir
Normal basınçta, kristalin silikon elmas-kübik yapıyı benimser. Her atom, bir tetrahedronun köşelerine doğru konumlanmış dört komşusuna bağlanır. Bu açık, yönlü ağ, silikonun kırılganlığını, yarılmasını, yarı iletken bant yapısını, nispeten düşük yoğunluğunu ve donarken alışılmadık genleşmesini açıklar.
Tetrahedral koordinasyon
Her silikon atomu, yaklaşık 109,5° ideal açıya sahip dört güçlü kovalent bağ oluşturur. Geometri, kristal boyunca üç boyutta tekrarlanır.
Elmas-kübik kafes
Yapı, birbirine göre yer değiştirmiş iki iç içe geçmiş yüzey merkezli kübik alt kafes olarak tanımlanabilir.
Ayrılma ve kırılma
Tek kristaller {111} düzlemleri boyunca yarılabilir. Parçalar ayrıca, özellikle kırılmanın belirgin bir düzlem izlemediği yerlerde, eğri konkoidal yüzeyler gösterir.
Katılaşma sırasında genleşme
Sıvı silikon, açık tetrahedral katıdan daha yoğun paketlenir, bu yüzden malzeme donarken genleşir—bu, su ve birkaç ilgili malzeme ile paylaşılan alışılmadık bir davranıştır.
Yüksek basınç yapıları
Aşırı basınç altında silikon, metalik karaktere sahip daha yoğun fazlara dönüşür; bu da elektriksel davranışın sadece bileşime değil, atomik düzenlemeye de bağlı olduğunu gösterir.
İzotop yapısı
Doğal silikon çoğunlukla ²⁸Si’den oluşur, daha küçük miktarlarda ²⁹Si ve ³⁰Si bulunur. İzotop saflaştırma, hassas metroloji ve bazı kuantum cihaz araştırmalarında önemlidir.
Tek kristal
Tek bir sürekli yönelim, öngörülebilir elektronik taşıma, kontrollü kırılma ve tekrarlanabilir cihaz üretimi sağlar.
Polikristalin silikon
Farklı yönelimlere sahip birçok tane sınırda buluşur; bu sınırlar yük tuzağı yapabilir, taşıyıcıları saçabilir, safsızlıkları yoğunlaştırabilir veya kırılmaya yardımcı olabilir.
Amorf silikon
Uzun menzilli düzen yoktur. İnce film elektronik kullanımı için çok sayıda sarkık bağ genellikle hidrojenle pasifleştirilir.
Gözenekli ve nanoyapılı silikon
Kontrollü aşındırma veya büyüme, toplu kristalden farklı özelliklere sahip gözenekler, teller, parçacıklar ve fotonik yapılar oluşturur.
Dünyadaki silikon: Tetrahedra, Ayrışma, Sediment ve Yaşam
Silikon, Dünya kabuğunda kütlece en bol ikinci elementtir, ancak büyük ölçüde oksijene bağlıdır. SiO₄ tetrahedronu, mineralojinin en önemli yapısal birimlerinden biridir ve mantodan kıtasal yüzeye kadar kayaları oluşturmak için çeşitli şekillerde birleşir.
| Yapısal düzenleme | Tetrahedra nasıl bağlanır | Temsilci malzemeler |
|---|---|---|
| İzole tetrahedra | Her SiO₄ birimi ayrı kalır ve diğer katyonlar aracılığıyla bağlanır. | Olivin, garnet, zirkon ve birçok manto veya metamorfik mineral. |
| Çift gruplar ve halkalar | Tetrahedra seçilmiş oksijen atomlarını paylaşarak çift birimler veya kapalı halkalar oluşturur. | Epidot grubu yapılar, beril, turmalin ve ilgili mineraller. |
| Tek zincirler | Her tetrahedron, uzatılmış bir zincir boyunca iki oksijen atomunu paylaşır. | Augit, diopsit ve enstatit gibi piroksenler. |
| Çift zincirler | İki tetrahedral zincir periyodik olarak daha geniş şeritler oluşturur. | Hornblend ve tremolit gibi amfiboller. |
| Tabakalar | Her tetrahedron geniş tabakalarda üç oksijen atomunu paylaşır. | Mika, kil mineralleri, talk, serpantin ve klorit. |
| Çerçeveler | Dört tetrahedral köşenin tamamı üç boyutlu bir ağa katılır. | Feldispatlar, feldispatoydlar, zeolitler, kuvars ve silika camı. |
İgneli kayaçlar
Silikon içeriği ve silika doygunluğu, magma viskozitesini, mineral topluluğunu, patlama tarzını ve kuvars, feldispat, piroksen, olivin veya feldispatoydların kristalleşip kristalleşmeyeceğini kontrol etmeye yardımcı olur.
Ayrışma ve toprak
Silikat ayrışması, çözünmüş silisik asit salar ve kil mineralleri oluştururken jeolojik zaman içinde atmosferik karbondioksiti tüketir.
Kum ve sediman
Kuvars birçok aşınma döngüsüne dayanır ve kum, kumtaşı, plaj birikintileri, kumullar ve nehir sistemlerinde birikir.
Biyojenik silika
Diatomlar, radyolaryalar, birçok sünger ve bitki fitolitleri sudan veya topraktan çıkarılan hidratlı veya amorf silikadan yapılar oluşturur.
Derin Dünya davranışı
Manto içinde silikon yüksek basınçlı silikatlarda bulunur. Daha yüksek basınçta koordinasyon değişir ve yoğun yapılar kararlı hale gelir.
Silika diyajenezi
Biyojenik opal ve volkanik cam, gömülme sırasında opal-CT, kalsedon veya kuvarsa dönüşerek gözeneklilik ve kaya dayanıklılığını değiştirir.
Fiziksel, Termal, Kimyasal ve Optik Özellikler
Referans değerler sıcaklık, kristal yönelimi, safsızlık konsantrasyonu, taşıyıcı yoğunluğu, tane yapısı ve yüzey işlemi ile değişir. Bu nedenle yarı iletken kalitede tek kristal, demir, alüminyum, kalsiyum, karbon ve diğer safsızlıklar içeren metalurjik bir parçadan daha tekrarlanabilir.
| Özellik | Tipik değer veya davranış | Pratik önemi |
|---|---|---|
| Atom numarası | 14. | Silikonu periyot 3’te alüminyum ve fosfor arasında ve karbon grubunda konumlandırır. |
| Standart atom ağırlığı | 28.085. | Üç kararlı izotopun doğal karışımını yansıtır. |
| Kristal sistemi | Kübik, elmas yapısı; uzay grubu Fd3̅m. | Ayrılmayı, anizotropik mekanikleri, elektronik bantları ve wafer yönelimini kontrol eder. |
| Yoğunluk | Oda sıcaklığına yakın yaklaşık 2,329 g/cm³. | Galena, hematit, silikon karbür ve çoğu metalik benzerinden daha hafif. |
| Sertlik | Yaklaşık Mohs 6,5–7. | Sıradan çeliğe karşı dirençli ancak kuvars, korundum, elmas ve sert aşındırıcı toza karşı savunmasız. |
| Ayrılma ve kırılma | {111} boyunca güçlü ayrılma; diğer yerlerde konkoidal veya düzensiz kırılma. | İnce waferlar ve keskin parçalar bükülme veya kenar basıncı altında aniden kırılabilir. |
| Erime noktası | Yaklaşık 1414 °C. | Erime büyümesini mümkün kılar ancak refrakter, kontrollü kristal üretim sistemleri gerektirir. |
| Kaynama noktası | Yaklaşık 3265 °C. | Yüksek sıcaklık işlemleri ve buhar fazı kontaminasyon kontrolü ile ilgili. |
| Isı iletkenliği | Oda sıcaklığına yakın yüksek saflıkta tek kristal için yaklaşık 148 W/m·K. | Bir yarı iletken ve seramik benzeri katı için yüksek, ancak bakır veya gümüşten daha düşük. |
| Termal genleşme | Düşük ve kübik kafes tarafından yönlendirilmiş. | Sıcaklık gradyanları hala waferların çatlamasına neden olabilse de hassas cihazlarda kullanışlı. |
| Bant aralığı | Dolaylı, oda sıcaklığında yaklaşık 1,12 eV. | Elektronik ve güneş dönüşümü için uygun ancak doğrudan bant aralığı yarı iletkenlerine göre ışık yayımında daha az verimli. |
| Görünür optik | Güçlü emici ve sıradan toplu formda görünüşte opak. | Parlatılmış waferlar, yüzey kaplamalarının altında koyu gri, kahverengi-gri veya neredeyse siyah görünür. |
| Kızılötesi optik | Yüksek kırılma indisi ve yakın ile orta kızılötesinin bazı kısımlarında faydalı geçirgenlik. | Kızılötesi lensleri, pencereleri, sensörleri ve entegre fotoniği destekler. |
| Doğal yüzey oksidi | Hava içinde ince bir silikon-oksit filmi kendiliğinden oluşur; daha kalın, yüksek kaliteli oksit endüstriyel olarak büyütülür veya kaplanır. | Yüzeyi pasifleştirir ve teknolojik olarak değerli bir arayüz sağlar. |
| Kimyasal davranış | Yüzey oksidi nedeniyle suda stabildir ve birçok oda sıcaklığı asidine dirençlidir; özel aşındırıcılar ve güçlü alkaliler tarafından saldırıya uğrar. | Ev temizliği genellikle gereksizdir ve kaplamalara veya metalizasyona zarar verebilir. |
Yarı İletken Fiziği: Taşıyıcılar, Katkılar, Birleşimler ve Arayüzler
Saf kristal silikon, oda sıcaklığında metalle karşılaştırıldığında çok az hareketli yük taşıyıcısı içerir. Kullanışlılığı, sıcaklık, ışık, elektrik alanları ve dikkatle seçilmiş safsızlıklar elektron ve delik sayısını ve hareketini değiştirdiğinde başlar.
İntrinsik silikon
Termal enerji bazen bir elektronu bant aralığından kaldırır ve geride hareketli bir boşluk olan delik bırakır. Elektronlar ve delikler eşit sayıda oluşur.
n-tipi silikon
Fosfor, arsenik veya antimonyum gibi verici atomlar, kristal içinde intrinsik taşıyıcılardan daha kolay hareket eden elektronlar sağlar.
p-tipi silikon
Genellikle bor olan alıcı atomlar, değerlik bandı yapısı içinde pozitif yük taşıyıcıları gibi davranan hareketli delikler oluşturur.
p–n birleşimi
p-tipi ve n-tipi bölgelerin birleştiği yerde, yük yeniden dağılımı iç elektrik alanı oluşturur. Diyotlar, fotodiyotlar, transistörler ve güneş hücreleri bu birleşim davranışına bağlıdır.
MOS arayüzü
Kontrollü bir oksit veya ilgili dielektrik, kapı elektrodu ile silikon arasında ayrım sağlar. Elektrik alanları daha sonra arayüzde iletken bir kanal oluşturur veya kaldırır.
Kusurlar ve tuzaklar
Boşluklar, dislokasyonlar, safsızlıklar, tane sınırları, sarkık bağlar ve kirlenmiş yüzeyler yükü tutabilir veya taşıyıcı ömrünü kısaltabilir.
| Malzeme durumu | Baskın taşıyıcılar | Nasıl üretilir | Tipik rol |
|---|---|---|---|
| İntrinsik silikon | Eşit sayıda termal olarak üretilmiş elektron ve delik. | Kasıtlı olarak elektriksel olarak aktif katkı maddesi içermeyen son derece saf kristal. | Referans davranışı, dedektör malzemesi ve cihaz tasarımı için başlangıç noktası. |
| n-tipi silikon | Elektronlar. | Genellikle fosfor, arsenik veya antimonyum ile yapılan kasıtlı verici katkı. | Transistör bölgeleri, kontaklar, diyotlar, sensörler ve güneş hücresi yapıları. |
| p-tipi silikon | Delikler. | Genellikle bor ile yapılan kasıtlı alıcı katkı. | Alt tabakalar, transistör bölgeleri, birleşim yerleri, sensörler ve fotovoltaik cihazlar. |
| Telafi edilmiş silikon | Verici ve alıcı atomlar arasındaki dengeye bağlıdır. | Her iki katkı maddesi türü de kasıtlı olarak veya kirlenme yoluyla mevcuttur. | Dirençlilikte ince kontrol veya istenmeyen safsızlıkların düzeltilmesi. |
| Degeneratif katkılanmış silikon | Çok yüksek elektron veya delik konsantrasyonu. | Ağır implantasyon, difüzyon veya büyüme içi katkılama. | Düşük dirençli temaslar ve kısmen iletken gibi davranan bölgeler. |
Kuvarstan Elektronik Kristale
Silikon üretimi, artan kimyasal ve yapısal kontrol dizisidir. Kuvars metalurjik silikona indirgenir, uçucu bileşiklerle arıtılır, polisilikon olarak biriktirilir, ingot halinde kristalleşir, waferlara dilimlenir ve ardından yüzlerce sıkı yönetilen işlem adımıyla desenlendirilir.
- Karbotermik indirgemeYüksek saflıkta kuvars veya kuvarsit, batık ark fırınında karbonla reaksiyona girer. Basitleştirilmiş genel reaksiyon SiO₂ + 2C → Si + 2CO’dur.
- Metalurjik sınıf silikonFırın ürünü genellikle %98–99 silikon içerir ve safsızlıklar ileri elektronik için hala çok fazladır.
- Kimyasal dönüşümSilikon, uçucu klorosilanlar veya silan oluşturmak üzere reaksiyona girer, bu da tekrar tekrar damıtma ve kimyasal arıtma sağlar.
- Polisilikon biriktirmeArıtılmış gaz, ısıtılmış yüzeylerde veya sıvılaştırılmış sistemlerde ayrışarak son derece saf çubuklar veya granüller oluşturur.
- Kristal büyümesiCzochralski çekme veya yüzdürme bölgesi rafinasyonu kontrollü tek kristaller oluşturur; döküm veya yönlendirilmiş katılaşma çok kristalli malzeme oluşturur.
- Wafer üretimiİngotlar yönlendirilir, dilimlenir, kenarları yuvarlatılır, taşlanır, aşındırılır ve cihaz işlemi başlamadan önce parlatılır.
Kuvars yüksek sıcaklıkta indirgenir
Elektrikli fırın kimyası, karbon içeren reaksiyonlarla oksijeni giderir ve kontrollü ancak hala önemli miktarda safsızlık içeren erimiş silikon üretir.
Silikon, arıtılabilir bir gaza dönüştürülür
Uçucu bileşikler, kimyasal işlemlerle bor, fosfor, metaller, karbon içeren türler ve diğer kirleticilerin ayrılmasını mümkün kılar.
Ultra saf polisilikon biriktirilir
Her işlem aşaması taşıyıcı ömrünü ve dirençliliği değiştirebilecek safsızlıkları reddettiği veya ayırdığı için çok yüksek saflık elde edilir.
Bir kristal yönelimi oluşturulur
Bir tohum kristali, ortaya çıkan ingotun seçilen bir yönelim ve kontrollü katkı maddesi konsantrasyonunu korumasını sağlar.
Ingot wafer haline gelir
Tel kesme ince diskler oluşturur. Kenar bitirme, kimyasal aşındırma ve kimyasal-mekanik cilalama düz, düşük kusurlu bir yüzey üretir.
Cihazlar katmanlar halinde inşa edilir
Oksidasyon, kaplama, litografi, aşındırma, implantasyon, difüzyon, temizlik, tavlama ve metalizasyon wafer boyunca elektronik yapılar oluşturur.
Endüstriyel Formlar, Kristal Tipleri ve Koleksiyon Örnekleri
Elementel silikon örnekleri genellikle jeolojik toplama yerine üretim ürünleridir. En faydalı kökenleri bu nedenle endüstriyeldir: proses, saflık sınıfı, büyüme yöntemi, kristal yönelimi, kaplama, üretici, tarih ve orijinal uygulama.
Metalurjik silikon
Parlak kırık yüzeylere, düzensiz safsızlıklara, camımsı kırılmaya ve ara sıra mavi veya bronz yüzey kararmasına sahip koyu çelik gri parçalar.
Polisilikon çubuğu
Merkezi bir filament etrafında buzlu, nodüler, granüler veya karnabahara benzer yüzeye sahip yüksek saflıkta kaplanmış silikon.
Polisilikon granülleri
Kristal büyütme veya fotovoltaik üretimde verimli taşıma ve eritme için yapılmış küçük serbest akışlı parçacıklar.
Tek kristal ingot
Yönelimi, çapı, oksijen seviyesi, katkı maddesi ve dirençliliği dikkatle kontrol edilen silindirik veya şekilli kristal.
Ayna cilalı wafer
Yönlendirme için bir çentik veya düz yüzeye sahip ince, çok düz bir disk. Renk oksit, nitrür, fotoresist veya çok katmanlı filmlerden gelebilir.
Çok kristalli wafer
Çoğunlukla asitlenmiş sınırları, yönlü dokusu veya farklı yansıtıcılığıyla ortaya çıkan çok sayıda tane içeren bir dilim.
Dendritik silikon
Tipik doğal mineral büyümesi yerine kontrollü soğutma altında üretilen dallanmış erimiş büyütülmüş kristal formları.
Amorf silikon filmi
Serbest duran bir toplayıcı kristal yerine elektronik, detektörler, ekranlar ve fotovoltaik yapılarda kullanılan ince bir kaplama tabakası.
Czochralski silikonu
Bir silika potasında ergitilerek büyütülür. Mekanik dayanıklılığı ve kusur davranışını etkileyen kontrollü oksijen içerebilir.
Float-zone silikon
Bir pota olmadan bir çubuk boyunca dar bir erimiş bölge hareket eder, olağanüstü düşük oksijen ve yüksek dirençlilik üretir.
Güneş çok kristalli silikon
Tarihte birçok tane içeren bloklar halinde dökülmüştür. Tane sınırları ve safsızlıklar pasifleştirme ve dikkatli hücre tasarımı gerektirir.
İşlenmiş die
Transistörler, sensörler, bağlantılar, optik yapılar veya test desenleri içeren kesilmiş bir wafer parçası. Görünür renkleri çoğunlukla yüzey filmlerine aittir.
Tarihi wafer
Tanımlanabilir bir araştırma programı, üretim hattı, cihaz nesli veya kurumdan belgelenmiş bir wafer, malzeme değerinin ötesinde teknolojik öneme sahip olabilir.
Nadir yerli silikon
Doğal elementel taneler tipik olarak mikroskobiktir, analitik olarak tanımlanır ve büyük gevşek kristaller olarak satılmak yerine bir meteor veya alışılmadık bir yeryüzü matriksine gömülüdür.
Yüzey Kimyası, İnce Film Rengi ve Kızılötesi Işık
Çıplak silikon doğal olarak parlak mavi, mor veya altın renginde değildir. Bu renkler genellikle ince saydam bir filmin üst ve alt sınırlarından yansıyan ışıkla oluşur. Oksit veya nitrür kalınlığındaki küçük değişiklikler girişim rengini dramatik şekilde değiştirir.
Doğal oksit
Hava maruziyeti, yüzeyi kimyasal olarak pasifleştiren çok ince bir oksit tabakası oluşturur ancak canlı görünür renk yaratmak için çok ince olabilir.
Termal oksit
Kontrollü oksidasyon, optik olarak ölçülebilen ve yalıtım, maskeleme ve yüzey kontrolü için tasarlanabilen yoğun bir SiO₂ tabakası oluşturur.
Silikon nitrür
Si₃N₄ kaplamalar pasivasyon, gerilim kontrolü, maskeleme ve yansıma önleme için kullanılır. Girişim renkleri oksit renklerine benzer veya onları aşabilir.
Fotoresist ve işlem filmleri
Organik rezistler, metaller, dielektrikler ve çok katmanlı yığınlar, elementel silikon gövde rengini temsil etmeyen ek renkler ekler.
Kızılötesi şeffaflık
Emilim kenarının altında, yeterince saf silikon kızılötesi spektrumun bir kısmını geçirir ve yüksek bir kırılma indisine sahiptir.
Serbest taşıyıcı emilimi
Ağır katkı, kızılötesi ışınımı emen hareketli taşıyıcılar ekler ve faydalı optik pencereyi daraltır.
| Gözlemlenen özellik | Muhtemel neden | Yorumlama dikkatli yapılmalıdır |
|---|---|---|
| Düzgün çelik-gri kırık | Az dekoratif yüzey filmi olan taze elementel silikon. | Metalurjik safsızlıklar yüzeyi karartabilir veya beneklendirebilir. |
| Mavi, mor, gül veya amber wafer | Oksit, nitrür, rezist veya çok katmanlı işlemlerden ince film girişimi. | Sadece renk, katkı maddesi türü, saflık veya cihaz işlevi hakkında bilgi vermez. |
| Ayna siyahı parlatılmış yüzey | Görünür emilim ile yüksek düzeyde düz yansıtıcı yüzeyin birleşimi. | Koyu görünüm, malzemenin amorf veya düşük saflıkta olduğu anlamına gelmez. |
| Buzlu polikristalin yüzey | Birçok küçük yüzey, tane sınırları, birikmiş nodüller veya kimyasal aşındırma. | Doku, doğal kristalleşmeden ziyade üretimden kaynaklanabilir. |
| Bir wafer üzerindeki radyal veya girdap izleri | Parlatma, temizlik, birikim düzensizliği, kristal büyüme çizgileri veya işlem kalıntısı. | Üretim geçmişini hasardan ayırmak için profesyonel mikroskopi gerekebilir. |
| Düzenli çentik veya düz yüzey | Üretim yönelimi ve işleme özelliği. | Bu doğal bir kırılma hasarı değildir. |
Uygulamalar: Kaya Oluşum Kimyasından Programlanabilir Yüzeylere kadar
Silikonun etkisi bilgisayar işlemcilerinin çok ötesine uzanır. Bileşikleri jeolojik malzemelerde baskındır, saflaştırılmış elementel silikon ise enerji dönüşümü, algılama, mekanik, optik, kimya ve hassas ölçüm destekler.
Cam ve seramikler
Silika ve silikatlar pencere, lif, optik cam, porselen, refrakterler, sırlar, laboratuvar malzemeleri ve teknik seramikler oluşturur.
Çimento ve beton
Kalsiyum silikatlar Portland çimentosunun hidratasyonunu ve betonun dayanıklılık gelişimini kontrol eder.
Entegre devreler
Silikon waferlar mantık, bellek, analog elektronik, güç kontrolü, iletişim ve karma sinyal sistemlerini taşır.
Fotovoltaik
Kristal silikon güneş ışığını emer, fotogenerasyon taşıyıcılarını birleşim noktalarında ayırır ve çoğu geleneksel güneş modülünün temelini oluşturur.
MEMS ve sensörler
Mikromakine silikon, ivmeölçerler, basınç sensörleri, mikrofonlar, jiroskoplar, sıvı sistemleri ve rezonans yapılar oluşturur.
Kızılötesi ve fotonik
Yüksek kırılma indisi ve kızılötesi geçirgenlik, dalga kılavuzları, modülatörler, detektörler, lensler ve entegre optik devreler sağlar.
Metalurjik alaşımlar
Silikon döküm kabiliyetini artırır, çeliği deokside eder, alüminyum alaşım davranışını değiştirir ve ısıya dayanıklı silisitlerde rol oynar.
Silikon malzemeleri
Endüstriyel silikon kimyası nihayetinde sızdırmazlık malzemeleri, elastomerler, yağlayıcılar, kapsayıcılar, medikal sınıf malzemeler ve ısıya dayanıklı polimerler sağlar.
Hassas metroloji
Son derece saf, izotopik kontrollü silikon kristalleri ve küreleri boyutsal ölçüm ve temel sabit araştırmalarını destekler.
Kuantum cihazları
İzotopik olarak saflaştırılmış silikon, spin tabanlı kuantum durumları çevresindeki manyetik gürültüyü azaltabilir ve olgun bir üretim platformu sağlar.
Tanımlama ve Yaygın Benzerleri
Toplu elementel silikon, metalik görünümüne göre düşük yoğunluk, kırılgan konkoidal kırık, koyu gri renk, sert yüzey, metalik süneklik eksikliği ve endüstriyel köken kombinasyonuyla en güvenilir şekilde tanınır. Bitmiş waferlar, saha testlerinden çok geometrisi, çentiği, parlatması ve işlem katmanlarıyla daha kolay tanımlanır.
Tahribatsız muayene sırası
Bir parlak yüzü test etmeden önce tüm objeyi inceleyin. Endüstriyel malzemelerde, ambalaj, etiketler, işlem işaretleri, yönlendirme çentikleri ve ilgili donanımlar kırılmadan daha fazla bilgi taşıyabilir.
- Obje sınıfını belirleyinErgitici silikon, polisilikon, tek kristal, wafer, die, kaplanmış altlık, alaşım veya taklitleri ayırın.
- Yoğunluğu niteliksel değerlendirinBenzer boyuttaki galena, hematit, çelik veya silikon karbür ile karşılaştırıldığında silikon beklenmedik şekilde hafif hissedilir.
- Kırılma geometrisini inceleyinKabuk benzeri eğriler, keskin kenarlar, yansıtıcı düzlemler ve tane sınırı varyasyonlarına bakın.
- Yüzey katmanını inceleyinRengin oksit, nitrit, metal, rezist, kontaminasyon veya dekoratif kaplamadan mı kaynaklandığını belirleyin.
- Tane yapısına bakınPolikristalin malzeme yüzeyler, taneler, ayrılmış safsızlıklar ve düzensiz kırılma yolları gösterebilir.
- Manyetizmayı kontrol edinSaf silikon ferromanyetik değildir; güçlü bir tepki ferrosilikon, yapışmış metal veya kontaminasyon olduğunu gösterir.
- Wafer'larda çizik testi yapmaktan kaçınınSertlik testleri parlatılmış yüzeyleri tahrip eder ve kenardan çatlak başlatabilir.
- Gerekirse analiz kullanınRaman spektroskopisi, X-ışını kırınımı, direnç, kızılötesi iletim ve bileşimsel yöntemler malzeme ve işlem durumunu doğrulayabilir.
| Malzeme | Neden silikona benzeyebilir | Faydalı ayrımlar |
|---|---|---|
| Kuvars veya silika camı | Benzer sertlik, konkoidal kırılma ve silikon açısından zengin kimya. | Kuvars ve cam SiO₂'dir, genellikle şeffaf veya yarı saydam ve metalik olmayan; elementel silikon görünür ışıkta koyu ve opaktır. |
| Silikon karbür | Metal veya iridesan yüzeylere sahip koyu kovalent malzeme. | SiC çok daha sert, daha yoğun ve genellikle daha güçlü yapay iridesans veya kristal plakalar gösterir. |
| Galena | Kurşuni gri metalik görünüm ve kırılgan davranış. | Galena çok daha ağır, yumuşak ve mükemmel kübik kırılma gösterir. |
| Hematit | Çelik gri metalik veya yarı metalik yüzeyler. | Hematit daha yoğundur ve kırmızı-kahverengi bir çizgi bırakır. |
| Grafit | Koyu gri renk, yarı metalik parlaklık ve elektriksel iletkenlik. | Grafit çok yumuşaktır, yağlıdır, koyu bir iz bırakır ve esnek pulcuklara ayrılır. |
| Ferrosilikon | Bol silikon içeren endüstriyel koyu metalik parçalar. | Daha yüksek yoğunluk, olası manyetizma, metalik alaşım fazları ve önemli miktarda demir içeren kimya. |
| Metalik cam veya cüruf | Koyu yansıtıcı kırık ve düzensiz endüstriyel form. | Kabarcıklar, akış dokusu, değişken yoğunluk, karışık bileşim ve kristal silikon imzalarının yokluğu. |
| Kaplanmış cam wafer | Renkli ince filmlerle kaplı düz dairesel alt tabaka. | Kenar iletimi, daha düşük yoğunluk, kırılma davranışı ve optik testler camı silikondan ayırır. |
İzolasyon, Yarı İletken Bilimi ve Silikon Platformunun Yükselişi
Silikonun tarihi, mineral analizinden kimyasal izolasyona, kırılgan laboratuvar malzemesinden ultra saf kristale ve bireysel doğrultuculardan entegre sistemlere doğru ilerler. Belirleyici geçiş, sadece elementi keşfetmek değil, saflığını, yüzeyini, kristal kusurlarını ve ara yüzeylerini kontrol etmeyi öğrenmekti.
Silika bilinmeyen bir elementin oksidi olarak tanındı
Kimyagerler kuvars ve ilgili malzemelerin sıradan indirgemeye dirençli bir bileşen içerdiğini anladı, ancak silikonun oksijene güçlü bağ yapması nedeniyle izolasyon zor kaldı.
Saf olmayan silikon hazırlanır ve İngilizce adı gelişir
Erken indirgeme deneyleri silikon içeren malzeme üretti, “silikon” adı ise metal element isimlerine daha doğrudan benzeyen formların yerini aldı.
Jöns Jacob Berzelius amorf silikonu izole etti
Berzelius daha saf bir elementel malzeme üretti ve tanımladı, silikonun kimyasal kimliğinin temelini attı.
Kristal silikon hazırlanır
Henri Sainte-Claire Deville kristal silikon elde etti, parlaklığı, kırılganlığı ve yapısı üzerinde çalışmayı kolaylaştırdı.
Silikon elektronik detektör malzemesi olur
Nokta temaslı cihazlar ve kristal detektörler, yüksek saflıkta kristal büyümesi modern yarı iletken mühendisliğini mümkün kılmadan önce doğrultmayı gösterdi.
Yüksek saflıkta silikon transistörler ve pratik güneş hücreleri sağlar
Saflaştırma, katkı kontrolü, birleşim oluşumu ve kristal büyümesi silikonu germanyuma karşı giderek daha pratik bir alternatif haline getirdi.
Yüzey pasifleştirme, planarlama işlemi ve MOS cihazları üretimi dönüştürür
Kontrollü silikon-oksit ara yüzeyi yüzeyleri korumayı, cihazları fotoğrafik olarak tanımlamayı ve yoğun entegre devreler inşa etmeyi mümkün kıldı.
Silikon fotovoltaik, MEMS, fotonik, metroloji ve kuantum araştırmalarına genişliyor
Aynı üretim platformu şimdi enerji dönüşümü, mekanik sensörler, optik devreler, izotop kontrollü kristaller ve nanoskalalı cihazları destekliyor.
Silikon, doğal haliyle özellikle iyi ilettiği için temel olmadı. İletkenliği, yüzeyi, geometrisi ve ara yüzleri olağanüstü hassasiyetle kontrol edilebildiği için temel oldu.
Değerlendirme, Köken ve Göreceli Önemi
Silikonun evrensel bir kolektör sınıflandırma sistemi yoktur. Kabaca işlenmiş bir külçe, polisilikon çubuğu, bilimsel tek kristal, üretim waferı, desenli die, erken güneş hücresi, tarihi entegre devre ve nadir doğal tane farklı öncelikler gerektirir.
Malzeme kimliği
Nesnenin elementel silikon, alaşım, silikon karbür, kaplanmış cam, işlenmiş yarı iletken veya başka bir endüstriyel malzeme olup olmadığını doğrulayın.
Kristal formu
Monokristal, polikristal, dendritik, amorf film, gözenekli, çatlak, kesilmiş, cilalanmış veya kaplanmış formu kaydedin.
Yüzey bütünlüğü
Kenar çiplerini, kırılmaları, çizikleri, bulanıklığı, parmak izlerini, oksit rengini, tabaka ayrılmasını, korozyonu ve kırık metalizasyonu inceleyin.
Proses kökeni
Üretici, büyüme yöntemi, tesis, wafer yönelimi, katkı maddesi, direnç, çap, tarih ve amaçlanan uygulama görsel mükemmellikten daha önemli olabilir.
Tarihsel bağlam
Araştırma etiketleri, üretim nesli, kurum, cihaz türü, paketleme ve dokümantasyon teknolojik önemi belirleyebilir.
Doğal köken
Doğal silikon iddiaları yer, ana malzeme, analitik kanıt ve orijinal matrisin korunmasını gerektirir.
| Nesne türü | Öncelik verilecek özellikler | İncelenecek noktalar |
|---|---|---|
| Metalurjik silikon parçası | Temsili kırık, endüstriyel kaynak, safsızlık dokusu, boyut ve stabil yüzey. | Ferrosilikon ikamesi, cüruf, kaplama, oksidasyon, keskin kenarlar ve belgesiz kaynak. |
| Polisilikon çubuk veya granül | Birikim morfolojisi, saflık dokümantasyonu, üretim yöntemi ve sağlam yapı. | Kontaminasyon, işlem kalıntısı, kırık filament, kaplama ve yanıltıcı doğal kristal iddiaları. |
| Tek kristal wafer | Çap, yönelim, çentik, kalınlık, parlatma, katkı maddesi, direnç ve büyüme yöntemi. | Kenar kırıkları, mikro çatlaklar, eğrilik, çizikler, kontaminasyon, kaplama ve bilinmeyen proses geçmişi. |
| Desenli wafer | Cihaz veya test deseni, üretim bağlamı, tarih, die düzeni, dokümantasyon ve yüzey koruması. | Korozyona uğramış metal, tabakaların ayrılması, fotoresist kalıntısı, kırık kenar ve eksik köken bilgisi. |
| Tarihi die veya devre | Tanımlanabilir işlev, üretici, tarih, paket, kurum ve teknolojik bağlam. | Yeniden paketleme, çıkarılmış etiketler, sahte işaretleme, kırık bağlantılar ve eksik dokümantasyon. |
| Doğal silikon örneği | Doğal matris, kesin yer, analitik doğrulama, ölçek ve yayın geçmişi. | Endüstriyel kontaminasyon, ergitme malzemesi, darbe kalıntısı, yapay gömme ve desteklenmeyen atıf. |
Bakım, Depolama, Sergileme ve Atölye Güvenliği
Toplu elementel silikon normal iç ortam koşullarında kimyasal olarak stabildir, ancak kenarları kırılgandır ve işlenmiş yüzeyler hassas oksitler, nitrürler, metaller, polimerler veya cihaz yapıları taşıyabilir. Dikkat sadece silikon alt tabakasına değil, tüm nesneye gösterilmelidir.
Toplu parçalar
Düzensiz parçaları yastıklı tutucularda destekleyin, düşürmekten kaçının ve keskin kırık kenarları komşu örneklerden ve ellerden uzak tutun.
Çıplak waferlar
Kenardan temiz eldivenlerle veya uygun wafer araçlarıyla tutun. Bükülmeden, kenar basıncından, ayırıcı olmadan üst üste koymaktan ve kum tanecikleriyle temastan kaçının.
Kaplanmış waferlar
Renkli bir yüzeyin suya, alkole, çözücüye, deterjana veya silmeye dayanıklı olduğunu varsaymayın. Görünür film, silikondan daha yumuşak ve daha az stabil olabilir.
İşlenmiş cihazlar
Metal hatlar, bağlantı pedleri, polimerler ve paketlenmiş devreler korozyona uğrayabilir veya tabakalar ayrılabilir. Aktif elektronik cihazlar ayrıca elektrostatik deşarj önlemleri gerektirebilir.
Toz kontrolü
Silikonu rastgele kuru taşlamayın, zımparalamayın, delmeyin veya ezmeyin. Uygun ıslak yöntemler veya yerel tahliye ve uygun göz ile solunum koruması kullanın.
Bilinmeyen endüstriyel hurda
İşlenmiş malzeme, ön yüzeyden görünmeyen metal filmler, katkı maddeleri, kalıntılar, lehim, fotoresist veya kontaminasyon taşıyabilir.
| Risk | Olası etki | Önleyici yaklaşım |
|---|---|---|
| Kenar darbesi | Kırılma, radyal çatlaklar, ayrılma yayılması ve keskin parçalar. | Yastıklı destekler, kenar boşluklu montajlar ve ayrı depolama kullanın. |
| Wafer esnemesi | Küçük bir bükülme veya önceden var olan kenar kusurundan ani tam kırılma. | Eşit destekle kaldırın ve wafer’ı asla sıkı bir tutucuya zorlamayın. |
| Aşındırıcı toz | Kalıcı çizikler, matlaşma, parlatma kaybı ve ince filmlere zarar. | Silmeden önce gevşek parçacıkları temiz hava balonu veya kontrollü temassız yöntemle çıkarın. |
| Ev tipi çözücü veya temizleyici | Resist şişmesi, kaplama kaybı, metal korozyonu, kalıntı ve değişmiş girişim rengi. | İşlenmiş yüzeylerde doğaçlama kimyasal temizlik kullanmayın. |
| Termal gradyan | Gerilme çatlaması, film soyulması ve metal kaplama arızası. | Alev, buhar, sıcak plakalar, yoğun lambalar ve ani sıcaklık değişiminden kaçının. |
| Elektrostatik deşarj | Fonksiyonel veya tarihsel olarak önemli aktif devreye zarar. | Cihaz elektriksel olarak aktif veya korumasız kaldığında antistatik tutma kullanın. |
| Kuru kesme veya taşlama | Keskin havada uçan parçacıklar ve potansiyel olarak yanıcı ince toz. | Profesyonel uygun toz kontrolü kullanın ve bilinmeyen kaplı hurdaların işlenmesinden kaçının. |
| Dengesiz montaj | Wafer kayması, kenar basıncı, kırılma ve sert klipslere karşı aşınma. | Noktasal yüklenme olmayan geniş inert destekler kullanın. |
Belgeleme ve Sorumlu Tanımlama
Güçlü bir silikon kaydı, elementel bileşim, saflık sınıfı, kristal yapı, endüstriyel form, işlem geçmişi, kaplama, cihaz durumu, doğal köken ve durumu ayırır. Sadece “Silikon kristali” ifadesi, bir örneği anlamlı kılan bilgilerin çoğunu gizleyebilir.
Malzeme kimliği
Elementel silikon, ferrosilikon, silikon karbür, kaplanmış silikon, cam altlık, polisilikon veya başka doğrulanmış malzemeyi kaydedin.
Kristallik
Tek kristal, çok kristalli, polikristalli, amorf, gözenekli, dendritik veya bilinmeyen yapıyı belgeleyin.
Büyüme ve rafinasyon yöntemi
Biliniyorsa metalurjik ergitme, Siemens biriktirme, sıvılaştırılmış yatak granülleri, Czochralski büyümesi, float-zone büyümesi, döküm veya film biriktirmeyi not edin.
Elektronik özellikler
Yönelim, katkı maddesi, iletkenlik tipi, direnç, çap, kalınlık, düzlük, oksijen sınıfı ve cihaz uygulamasını koruyun.
Yüzey katmanı
Çıplak, oksitlenmiş, nitrürlenmiş, metal kaplanmış, fotoresist kaplı, pasifleştirilmiş, desenlenmiş, oyulmuş veya paketlenmiş durumu tanımlayın.
Köken ve durum
Üretici, kurum, proje, tarih, ambalaj, önceki kullanım, kenar çipleri, çizikler, kontaminasyon, onarımlar ve fotoğraflar korunmalıdır.
Çağdaş Sembolizm ve Yansıtıcı Anlam
Silikonun modern sembolik okumaları, gerçek malzeme davranışından doğrudan çıkarılabilir: dört katlı yapı, kontrollü safsızlık, seçici iletim, katmanlı arayüzler, hassas desenleme ve bol mineral hammaddesinin tam bir kristal platformuna dönüşümü. Bu temalar, eski silikon gelenekleri hakkında iddialar değil, çağdaş yansımalar olarak görülmelidir.
Karmaşıklıktan önce yapı
Geniş bir elektronik sistem, tekrarlanan yerel ilişkilerle başlar: her atomun öngörülebilir şekilde dört komşusuna bağlanması.
Küçük eklemeler, büyük etkiler
Minik katkı maddesi konsantrasyonları iletkenliği katlarca değiştirebilir; bu da dikkatle seçilmiş girdilerin rastgele bolluktan daha önemli olduğunu gösterir.
Arayüzler işlev yaratır
Silikon ile yalıtkan katman arasındaki sınır sadece bir bölünme değildir; kontrol edilebilir kanallar ve cihazların mümkün olduğu yerdir.
Seçim olarak arıtma
Elektronik saflık, tek bir dramatik çıkarımdan ziyade tekrarlanan ayırma ve ölçümle sağlanır.
Desenli sınırlama
Kullanışlı bir devre her yerde iletken değildir. Hareketi kasıtlı bölgeler, bariyerler ve birleşim noktaları aracılığıyla yönlendirir.
Yüzey ve iç kısım
Wafer rengi, sadece nanometre kalınlığında bir filme ait olabilir; bu da sunum ile altta yatan yapının ilişkili ancak aynı olmadığını hatırlatır.
Wafer-Ay İncelemesi
- Her parça eşit iletken olarak muamele gördüğü için karmaşık hissedilen bir sistemi seçin.
- Sabit kalması gereken merkezi yapıyı tanımlayın.
- Artırılacak bir girdi, çıkarılacak bir safsızlık ve güçlendirilecek bir sınır belirleyin.
- Hareketin kolay olması gereken yerleri ve direncin faydalı olduğu yerleri tanımlayın.
- Sistemi yeniden inşa etmeden değiştiren ölçülebilir bir eylem seçin.
- Bir tam döngü sonrası sonucu gözden geçirin ve her seferinde yalnızca bir değişkeni ayarlayın.
Uzman Silikon Rehberlerine Devam Et
Silikon, elementel kristalografi, yarı iletken optiği, jeoloji, endüstriyel rafinasyon, polikristalin yapı, teknolojik tarih, modern sembolizm ve yansıtıcı uygulamalar aracılığıyla incelenebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Silikon bir metal midir?
Silikon geleneksel olarak yarı metal olarak sınıflandırılır. Metalik görünümlü bir yüzeye sahiptir ancak iletkenliği sıradan bir metale göre sıcaklık ve katkı maddelerine çok daha bağımlı olan kovalent bağlı bir yarı iletkendir.
Silikon ile silika aynı şey midir?
Hayır. Silikon, Si elementidir. Silika ise silikon dioksittir, SiO₂ ve kuvars, kristobalit, tridimit, opal, silika camı ve yüksek basınçlı formları içerir.
Silikon ile silikon aynı şey midir?
Hayır. Silikon, silikon-oksijen omurgasına ve organik yan gruplara sahip sentetik bir polimer ailesidir. Silikon kauçuk, yağ, reçine ve sızdırmazlık elemanları elementel silikon değildir.
Doğal silikon neden bu kadar nadirdir?
Silikon oksijenle güçlü bağlar kurar ve kolayca silika ve silikat yapılarında bulunur. Doğal elementel silikon, alışılmadık derecede indirgen ortamlar gerektirir ve genellikle mikroskobiktir.
Bir silikon plaka neden mavi veya mor görünür?
Renk genellikle ince bir oksit, nitrür, fotoresist veya çok katmanlı filmdeki girişimden kaynaklanır. Çıplak silikonun kendisi, parlatıldığında koyu gri ile neredeyse siyah arasında görünür.
Bilgisayar çiplerinde neden silikon kullanılır?
Silikon, kullanışlı bir bant aralığı, yüksek kaliteli doğal ve termal oksit, mükemmel yüzey pasivasyonu, yeterli termal iletkenlik, mekanik dayanıklılık, bol hammadde, olgunlaşmış saflaştırma ve gelişmiş üretim yöntemlerini bir araya getirir.
p-tipi ve n-tipi silisyum arasındaki fark nedir?
p-tipi silisyum, deliklerin çoğunluk taşıyıcı olduğu alıcı katkı maddeleri içerir. n-tipi silisyum, elektronların çoğunluk taşıyıcı olduğu verici katkı maddeleri içerir.
Delik nedir?
Delik, valans bandında eksik bir elektron durumuyla ilişkili etkili pozitif taşıyıcıdır. Kristal boyunca pozitif bir yük hareket ediyormuş gibi davranır.
Polisilisyum nedir?
Polisilisyum, yüksek saflıkta polikristal elementel silisyumdur. Genellikle çubuk, parça veya granül olarak biriktirilir ve daha sonra plaka veya güneş hücresi üretimi için eritilir.
Polikristal ve monokristal silisyum arasındaki fark nedir?
Monokristal silisyum, kullanışlı hacim boyunca tek bir kristal yönelimi korur. Polikristal silisyum, kırılma, safsızlık dağılımı ve taşıyıcı taşınımını etkileyen sınırlarla ayrılmış birçok tane içerir.
Amorf silisyum nedir?
Amorf silisyum uzun menzilli kristal düzenine sahip değildir ve genellikle ince film olarak biriktirilir. Dangling bağları pasifleştirmek ve elektronik davranışı iyileştirmek için genellikle hidrojen eklenir.
Czochralski silisyum nedir?
Silika potada tutulan erimiş silisyumdan yavaşça bir tohum çekilip döndürülerek büyütülen tek kristal silisyumdur. Çoğu geleneksel büyük yarı iletken plakalar bu yöntemle üretilir.
Float-zone silisyum nedir?
Float-zone silisyum, bir pota olmadan silisyum çubuğu boyunca dar bir erimiş bölge hareket ettirilerek saflaştırılır ve kristalleştirilir. Çok düşük oksijen içeriği ve yüksek dirençlilik elde edebilir.
Silisyum görünür ışıkta neden opaktır ama kızılötesi optikte neden kullanışlıdır?
Görünür fotonlar genellikle silisyumun elektronik geçişleriyle emilmek için yeterli enerjiye sahiptir. Daha düşük enerjili kızılötesi fotonlar, uygulamaya bağlı dalga boyu aralığında yeterince saf malzeme boyunca geçebilir.
Silisyum doğal olarak elektrik iletir mi?
Saf silisyum, oda sıcaklığında bir metale kıyasla zayıf iletkenlik gösterir. Isı, ışık, kusurlar ve kasıtlı katkı maddeleri iletkenliğini dramatik şekilde artırabilir.
Silisyum ısıtıldığında iletkenlik neden artar?
Isı, bant aralığı boyunca daha fazla elektronu uyararak ek elektron–delik çiftleri oluşturur. Artan taşıyıcı popülasyonu, kafes titreşiminin neden olduğu hareketlilik azalmasını dengeleyebilir.
Elementel silisyum camı çizebilir mi?
Keskin bir silisyum kenarı, sertliği Mohs 6,5–7 civarında olduğu için birçok sıradan camı çizebilir. Bitmiş bir plaka veya belgelenmiş bir numunenin test edilmesi gereksiz ve kalıcı olarak zarar vericidir.
Silisyum sert olmasına rağmen neden bu kadar kolay kırılır?
Sertlik, kırılmaya karşı direnç değil, çizilmeye karşı direnci ölçer. Silisyumun yönlü kovalent kafesi sert ama kırılgandır ve ince plakalar kenar kusurlarına ve bükülmeye karşı hassastır.
Silisyum suyla temizlenebilir mi?
Çıplak toplu silisyum kısa süreli su temasına dayanabilir, ancak işlenmiş waferlar film, metal, polimer veya kalıntılar taşıyabilir ve bunlar dayanıklı değildir. Tanımlanmamış işlenmiş bir numune için kuru temassız temizlik daha güvenli varsayılan yöntemdir.
Kırık bir silisyum waferını parlatabilir miyim?
Parlatma mevcut yüzeyi kaldırır ve oksit rengini, cihaz katmanlarını, kökeni ve kenar geometrisini yok edebilir. Ayrıca ince toz oluşturur ve dikkatsizce yapılmamalıdır.
Silisyum karbür, silisyumun bir formu mudur?
Silisyum karbür silisyum içerir, ancak formülü SiC olan ayrı bir bileşiktir. Elementel silisyumdan daha sert, daha yoğun, daha ısıya dayanıklı ve elektronik olarak farklıdır.
Bir waferdaki çentik ne anlama gelir?
Çentik, üretilmiş bir yönlendirme ve tutma özelliğidir. Otomatik ekipmanın waferı hizalamasına yardımcı olur ve kristalografik referans yönünü tanımlar.
Oksit rengi tam film kalınlığını gösterebilir mi?
Renk, kontrollü aydınlatma altında yaklaşık bir gösterge sağlayabilir, ancak doğru kalınlık için kalibre edilmiş optik ölçüm gerekir çünkü renk aynı zamanda açı, alt tabaka, kırılma indisi ve ek katmanlara bağlıdır.
Bir numune etiketinde ne görünmeli?
Element kimliği, saflık veya kalite, tek kristalli veya polisilikon formu, büyüme yöntemi, wafer yönelimi, katkı maddesi ve dirençlilik biliniyorsa, kaplama, üretici, tarih, önceki kullanım ve durumu kaydedin.
Son Yansıma
Silisyum basit bir yerel kural ile başlar: her atom dört yönlü bağ oluşturur. Bir kristal boyunca tekrarlandığında, bu kural hassas cihazları destekleyecek kadar sert ama hasar görmüş bir kenardan kırılabilecek kadar kırılgan bir kafes oluşturur. Aynı bağlanma, dolaylı bir bant aralığı, orta düzeyde termal iletkenlik, yüksek kızılötesi kırılma indisi ve olağanüstü kontrollü bir oksit taşıyabilen bir yüzey üretir.
Jeolojide silisyum nadiren tek başına bulunur. Oksijenle birleşerek tetrahedra oluşturur ve bu tetrahedra izole gruplar, halkalar, zincirler, tabakalar ve çerçeveler haline gelir. Bu yapılar aracılığıyla silisyum, manto minerallerine, volkanik cama, granit, kil, toprak, kum, diyatom kabukları, beton, porselen ve pencerelere girer.
Endüstriyel işlem, oksidasyona yönelik bu doğal eğilimi tersine çevirir. Kuvars indirgenir, uçucu bileşiklerle saflaştırılır, polisilikon olarak depo edilir, kontrollü bir kristal halinde büyütülür, waferlara dilimlenir ve ekleme ve çıkarma döngüleriyle desenlendirilir. Minik katkı maddeleri elektriksel davranışı yönlendirir; nanometre ölçeğindeki filmler renk ve ara yüzleri yeniden şekillendirir; mikroskobik kusurlar bir cihazın çalışıp çalışmayacağını belirler.
Silisyumun tam olarak anlaşılması, bu nedenle mineraloji, kristalografi, termodinamik, katı hal fiziği, optik, metalurji, kimya, üretim, elektronik, enerji, koruma ve teknolojik tarih alanlarını birleştirir. Onu tanımlayan özellik, doğal olarak iletken veya görsel olarak etkileyici olması değildir. Bol miktarda bulunan bir kaya oluşum elementi, saflaştırılabilir, yapılandırılabilir ve desenlendirilebilir, böylece madde programlanabilir hale gelir.