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1.Pourquoi du silicium pour les puces ?Existe-t-il des matériaux qui pourraient le remplacer à l’avenir ?
La matière première des puces est constituée de plaquettes composées de silicium.Il existe une idée fausse selon laquelle « le sable peut être utilisé pour fabriquer des chips », mais ce n'est pas le cas.Le principal composant chimique du sable est le dioxyde de silicium, et le principal composant chimique du verre et des plaquettes est également le dioxyde de silicium.La différence, cependant, est que le verre est du silicium polycristallin et que chauffer du sable à haute température produit du silicium polycristallin.Les plaquettes, en revanche, sont constituées de silicium monocristallin et si elles sont fabriquées à partir de sable, elles doivent être transformées davantage du silicium polycristallin en silicium monocristallin.

Qu'est-ce que le silicium exactement et pourquoi peut-il être utilisé pour fabriquer des puces, nous le dévoilerons un par un dans cet article.

La première chose que nous devons comprendre est que le matériau silicium n'est pas un saut direct vers l'étape de la puce, le silicium est raffiné à partir du sable de quartz à partir de l'élément silicium, le nombre de protons de l'élément silicium est supérieur à celui de l'élément aluminium, celui de l'élément phosphore est de moins. , ce n'est pas seulement la base matérielle des appareils informatiques électroniques modernes, mais aussi les personnes à la recherche d'une vie extraterrestre l'un des éléments de base possibles.Habituellement, lorsque le silicium est purifié et raffiné (99,999 %), il peut être transformé en tranches de silicium, qui sont ensuite découpées en tranches.Plus la tranche est fine, plus le coût de fabrication de la puce est faible, mais plus les exigences liées au processus de fabrication de la puce sont élevées.

Trois étapes importantes pour transformer le silicium en plaquettes

Plus précisément, la transformation du silicium en tranches peut être divisée en trois étapes : le raffinage et la purification du silicium, la croissance du silicium monocristallin et la formation des tranches.

Dans la nature, le silicium se trouve généralement sous forme de silicate ou de dioxyde de silicium dans le sable et le gravier.La matière première est placée dans un four à arc électrique à 2000°C et en présence d'une source de carbone, et la haute température est utilisée pour faire réagir le dioxyde de silicium avec le carbone (SiO2 + 2C = Si + 2CO) pour obtenir du silicium de qualité métallurgique ( pureté autour de 98%).Cependant, cette pureté n’est pas suffisante pour la préparation de composants électroniques, il faut donc la purifier davantage.Le silicium de qualité métallurgique broyé est chloré avec du chlorure d'hydrogène gazeux pour produire du silane liquide, qui est ensuite distillé et réduit chimiquement par un processus qui donne du polysilicium de haute pureté avec une pureté de 99,9999999999 % en tant que silicium de qualité électronique.

Alors, comment obtenir du silicium monocristallin à partir de silicium polycristallin ?La méthode la plus courante est la méthode de tirage direct, dans laquelle le polysilicium est placé dans un creuset en quartz et chauffé à une température de 1 400 °C maintenue à la périphérie, ce qui produit une masse fondue de polysilicium.Bien entendu, cela est précédé en y plongeant un germe cristallin et en faisant en sorte que la tige d'étirage transporte le germe cristallin dans la direction opposée tout en le tirant lentement et verticalement vers le haut depuis la fonte de silicium.La masse fondue de silicium polycristallin adhère au fond du cristal germe et croît vers le haut en direction du réseau cristallin germe, qui, après avoir été retiré et refroidi, se transforme en une barre monocristalline avec la même orientation de réseau que le cristal germe interne.Enfin, les tranches monocristallines sont culbutées, coupées, meulées, chanfreinées et polies pour produire les tranches les plus importantes.

Selon la taille de coupe, les plaquettes de silicium peuvent être classées en 6", 8", 12" et 18".Plus la taille de la tranche est grande, plus de puces peuvent être découpées dans chaque tranche et plus le coût par puce est faible.
2.Trois étapes importantes dans la transformation du silicium en plaquettes

Plus précisément, la transformation du silicium en tranches peut être divisée en trois étapes : le raffinage et la purification du silicium, la croissance du silicium monocristallin et la formation des tranches.

Dans la nature, le silicium se trouve généralement sous forme de silicate ou de dioxyde de silicium dans le sable et le gravier.La matière première est placée dans un four à arc électrique à 2000°C et en présence d'une source de carbone, et la haute température est utilisée pour faire réagir le dioxyde de silicium avec le carbone (SiO2 + 2C = Si + 2CO) pour obtenir du silicium de qualité métallurgique ( pureté environ 98%).Cependant, cette pureté n’est pas suffisante pour la préparation de composants électroniques, il faut donc la purifier davantage.Le silicium de qualité métallurgique broyé est chloré avec du chlorure d'hydrogène gazeux pour produire du silane liquide, qui est ensuite distillé et réduit chimiquement par un processus qui donne du polysilicium de haute pureté avec une pureté de 99,9999999999 % en tant que silicium de qualité électronique.

Alors, comment obtenir du silicium monocristallin à partir de silicium polycristallin ?La méthode la plus courante est la méthode de tirage direct, dans laquelle le polysilicium est placé dans un creuset en quartz et chauffé à une température de 1 400 °C maintenue à la périphérie, ce qui produit une masse fondue de polysilicium.Bien entendu, cela est précédé en y plongeant un germe cristallin et en faisant en sorte que la tige d'étirage transporte le germe cristallin dans la direction opposée tout en le tirant lentement et verticalement vers le haut depuis la fonte de silicium.La masse fondue de silicium polycristallin adhère au fond du cristal germe et croît vers le haut en direction du réseau cristallin germe, qui, après avoir été retiré et refroidi, se transforme en une barre monocristalline avec la même orientation de réseau que le cristal germe interne.Enfin, les tranches monocristallines sont culbutées, coupées, meulées, chanfreinées et polies pour produire les tranches les plus importantes.

Selon la taille de coupe, les plaquettes de silicium peuvent être classées en 6", 8", 12" et 18".Plus la taille de la tranche est grande, plus de puces peuvent être découpées dans chaque tranche et plus le coût par puce est faible.

Pourquoi le silicium est-il le matériau le plus adapté à la fabrication de puces ?

Théoriquement, tous les semi-conducteurs peuvent être utilisés comme matériaux pour puces, mais les principales raisons pour lesquelles le silicium est le matériau le plus approprié pour fabriquer des puces sont les suivantes.

1, selon le classement du contenu élémentaire de la terre, dans l'ordre : oxygène > silicium > aluminium > fer > calcium > sodium > potassium ...... on voit que le silicium est classé deuxième, le contenu est énorme, ce qui permet également le puce d'avoir une réserve quasi inépuisable de matières premières.

2, les propriétés chimiques des éléments de silicium et les propriétés des matériaux sont très stables, le premier transistor est l'utilisation de matériaux semi-conducteurs en germanium, mais parce que la température dépasse 75 ℃, la conductivité sera un changement important, transformé en une jonction PN après l'inverse. courant de fuite du germanium que du silicium, de sorte que la sélection d'un élément en silicium comme matériau de puce est plus appropriée ;

3, la technologie de purification des éléments en silicium est mature et peu coûteuse, aujourd'hui la purification du silicium peut atteindre 99,9999999999 %.

4, le silicium lui-même est non toxique et inoffensif, ce qui est également l'une des raisons importantes pour lesquelles il est choisi comme matériau de fabrication des puces.