Il-wejfers tas-silikon huma magħmula minn kristall wieħed ta 'silikon pur ħafna, tipikament b'inqas minn parti waħda għal kull biljun ta' kontaminanti. Il-proċess Czochralski huwa l-aktar metodu komuni ta 'formazzjoni ta' kristalli kbar ta 'din il-purità, li jinvolvi l-ġbid ta' kristall taż-żerriegħa minn silikon imdewweb, komunement magħruf bħala tidwib. Il-kristall taż-żerriegħa mbagħad jiġi ffurmat f'ingott ċilindriku magħruf bħala boule.
Elementi bħall-boron u l-fosfru jistgħu jiġu miżjuda mal-boule fi kwantitajiet preċiżi biex jikkontrollaw il-proprjetajiet elettriċi tal-wejfer, ġeneralment bl-iskop li ssir semikonduttur tat-tip n jew tat-tip p. Imbagħad il-boule tinqata’ fi biċċiet irqaq b’serrieq tal-wajer magħruf ukoll bħala serrieq tal-wejfer. Il-wejfers maqtugħin jistgħu jiġu illustrati fi gradi differenti.
Għal xiex Użat Wafer tas-Silikon?
Wejfer tas-silikon huwa porzjon irqiq ta 'silikon kristallin użat komunement fl-industrija elettronika. Is-silikon jintuża għal dan il-għan minħabba li huwa semikonduttur, jiġifieri la huwa konduttur qawwi u lanqas iżolatur qawwi tal-elettriku. L-abbundanza naturali tiegħu u proprjetajiet oħra ġeneralment jagħmlu s-silikon preferibbli għal semikondutturi oħra bħall-ġermanju biex isiru wejfers.
L-aktar dimensjonijiet komuni ta 'wejfers tas-silikon jiddependu fuq l-applikazzjoni tagħhom. Il-wejfers użati fl-ICs huma tondi b'dijametri tipikament li jvarjaw minn 100 sa 300 millimetru (mm). Il-ħxuna ġeneralment tiżdied bid-dijametru u ġeneralment tkun fil-medda ta '525 sa 775 mikron (μm). Il-wejfers fiċ-ċelloli solari huma ġeneralment kwadri b'ġnub li jkejlu 100 sa 200 mm. Il-ħxuna tagħhom hija bejn 200 u 300 μm, għalkemm dan huwa mistenni li jkun standardizzat għal 160 μm fil-futur qarib.
Ċirkwiti Integrati
IC, magħruf ukoll bħala mikroċipp jew sempliċiment ċippa, huwa sett ta 'ċirkwiti elettroniċi stabbiliti f'sottostrat ta' materjal semikonduttur. Is-silikon monokristallin bħalissa huwa l-aktar sottostrat komuni għall-ICs, għalkemm l-arsenide tal-gallju jintuża f'xi applikazzjonijiet bħal apparati ta 'komunikazzjoni mingħajr fili. Il-wejfers magħmula minn ligi tas-silikon-ġermanju qed jintużaw ukoll aktar, tipikament f'applikazzjonijiet fejn il-veloċità akbar tas-silikon-ġermanju tiswa l-ispiża ogħla.
L-ICs huma attwalment użati fil-biċċa l-kbira tat-tagħmir elettroniku, wara li prattikament issostitwixxu komponenti elettroniċi separati. Huma iżgħar, aktar mgħaġġla u orħos biex jimmanifatturaw minn komponenti diskreti skond ordnijiet ta 'kobor. L-adozzjoni rapida tal-ICs fl-industrija tal-elettronika hija wkoll dovuta għad-disinn modulari tal-ICs, li faċilment jippresta lilu nnifsu għall-produzzjoni tal-massa.
Dawn is-saffi huma żviluppati b'mod simili għal ritratti regolari ħlief li jintuża dawl ultravjola aktar milli dawl viżibbli peress li l-wavelengths tad-dawl viżibbli huma kbar wisq biex joħolqu karatteristiċi bil-preċiżjoni meħtieġa. Il-karatteristiċi ta 'l-ICs moderni huma tant żgħar li l-inġiniera tal-proċess għandhom jużaw mikroskopji elettroniċi biex jiddebugjawhom.
Fabbrikazzjoni IC
Tagħmir tat-test awtomatizzat (ATE) jittestja kull wejfer qabel ma jużah biex jagħmel IC, proċess, komunement magħruf bħala wejfer probing jew ittestjar tal-wejfer. Il-wejfer imbagħad jinqata 'f'biċċiet rettangolari magħrufa bħala dies u mbagħad imqabbad ma' pakkett elettroniku permezz ta 'wajers elettrikament konduttivi, li ġeneralment ikunu magħmula mid-deheb jew l-aluminju. Dawn il-wajers huma magħqudin ma 'pads li tipikament jinsabu madwar it-tarf tad-die bl-użu ta' ultrasound fi proċess imsejjaħ termosoniku.
L-apparati li jirriżultaw jgħaddu minn fażijiet finali ta 'ttestjar, li tipikament jużaw tagħmir ta' skannjar ATE u tomografija kompjuterizzata industrijali (CT). L-ispiża relattiva tal-ittestjar tvarja ħafna skont ir-rendiment, id-daqs u l-ispiża tal-apparat. Pereżempju, l-ittestjar jista 'jammonta għal aktar minn 25% tal-ispejjeż totali tal-fabbrikazzjoni apparati rħas, iżda jista' jkun prattikament negliġibbli għal apparati kbar u għaljin b'rendiment baxx.
Tekniki
Il-fabbrikazzjoni tal-ICs hija proċess awtomatizzat ħafna li juża ħafna tekniki speċifiċi. Dawn il-kapaċitajiet imexxu l-ispiża għolja tal-bini ta 'faċilità ta' fabbrikazzjoni, li tista 'taqbeż $ 8 biljun mill-2016. Din l-ispiża hija mistennija li tiżdied ħafna aktar malajr mill-inflazzjoni minħabba l-ħtieġa kontinwa għal awtomazzjoni akbar.
It-tendenza lejn transisters iżgħar se tkompli għall-futur prevedibbli, bl-14 nm ikunu l-aktar avvanzati fl-2016. Manifatturi tal-IC bħal Intel, Samsung, Global Foundries u TSMC huma mistennija li jibdew it-tranżizzjoni għal transistors 10 nm sal-aħħar tal-2017 .
Wejfers kbar jipprovdu ekonomija ta 'skala, li tnaqqas l-ispiża totali tal-ICs. L-akbar wejfers disponibbli kummerċjalment huma 300 mm fid-dijametru, b'450 mm mistenni li jkun id-daqs massimu li jmiss. Madankollu, għad hemm sfidi tekniċi sinifikanti biex isiru wejfers ta' dan id-daqs.
Tekniki addizzjonali użati fil-fabbrikazzjoni ta’ ICs jinkludu transistors tri-gate, li Intel immanifatturat b’wisa’ ta’ 22 nm mill-2011. IBM juża proċess magħruf bħala silikon strained direttament fuq iżolatur (SSDOI), li jneħħi s-saff tas-silikon-ġermanju minn wejfer.
Ir-ram qed jissostitwixxi l-interkonnessjonijiet tal-aluminju fl-ICs, primarjament minħabba l-konduttività elettrika akbar tiegħu. Iżolaturi dielettriċi Low-K u Silicon on Insulators (SOIs) huma wkoll tekniki ta 'manifattura avvanzati għall-ICs.
Riżorsi Oħra Dwar Semikondutturi
Termini u Definizzjonijiet Bażiċi tal-Wejfer
Qtugħ Si Wafers Off-Axis
Preċipitazzjoni ta 'Ossiġenu fis-Silikon
Proprjetajiet tal-Ħġieġ kif Relatati ma' Applikazzjonijiet bis-Silikon
Gwida għall-Ispeċifikazzjonijiet SEMI għal Si Wafers
Wet-Chemical Inċiżjoni u Tindif tas-Silikon
Ċelloli Solari
Ċellula solari tuża l-effett fotovoltajku biex tikkonverti l-enerġija tad-dawl f'enerġija elettrika, li ġeneralment tinvolvi l-assorbiment tad-dawl minn xi materjal biex teċita l-elettroni fi stat ta 'enerġija ogħla. Huwa tip ta 'ċellula fotoelettrika, apparat li jibdel il-karatteristiċi elettriċi tiegħu meta jkun espost għad-dawl. Iċ-ċelloli solari jistgħu jużaw dawl minn kwalunkwe sors, anke jekk it-terminu "solar" jimplika li jeħtieġu dawl tax-xemx.
Il-ġenerazzjoni tal-elettriku bħala sors ta 'enerġija hija waħda mill-applikazzjonijiet l-aktar magħrufa għaċ-ċelloli solari. Dawn it-tipi ta 'ċelloli solari jużaw sors tad-dawl biex jiċċarġjaw batterija, li tista' tintuża biex tħaddem apparat elettriku.
Iċ-ċelloli solari ħafna drabi huma integrati fl-apparat li huma maħsuba biex iħaddmu. Pereżempju, id-dwal li jaħdmu bl-enerġija solari komunement disponibbli fil-ħwienet tat-titjib tad-dar jużaw ċelloli solari biex jiċċarġjaw batterija matul il-ġurnata. Bil-lejl, il-batterija tħaddem sensor tal-moviment li jixgħel id-dawl meta jiskopri moviment.
Iċ-ċelloli solari jistgħu jiġu kklassifikati f'tipi ta 'l-ewwel, it-tieni u t-tielet ġenerazzjoni. Iċ-ċelloli tal-ewwel ġenerazzjoni huma komposti minn silikon kristallin, inklużi silikon monokristallin u polysilicon. Bħalissa huma l-aktar tip komuni ta 'ċellula solari. Iċ-ċelloli tat-tieni ġenerazzjoni jużaw film irqiq magħmul minn silikon amorfu u huma tipikament użati f'impjanti tal-enerġija kummerċjali. Iċ-ċelloli solari tat-tielet ġenerazzjoni jużaw film irqiq żviluppat b'varjetà ta 'teknoloġiji emerġenti u bħalissa għandhom applikazzjonijiet kummerċjali limitati.
Fabbrikazzjoni taċ-Ċelloli Solari
Il-maġġoranza l-kbira ta 'ċellula solari tal-ewwel ġenerazzjoni hija magħmula minn silikon kristallin, għalkemm il-kwalità u l-purità strutturali tagħha huma ferm inqas minn dawk użati fl-ICs. Is-silikon monokristallin jikkonverti d-dawl f'elettriku b'mod aktar effiċjenti mill-polysilicon, iżda s-silikon monokristallin huwa wkoll aktar għali.
Il-wejfers jinqatgħu fi kwadri biex jiffurmaw ċelloli individwali, u l-kantunieri tagħhom imbagħad jinqatgħu biex jiffurmaw ottagoni. Din il-forma tagħti l-pannelli solari d-dehra distintiva tagħhom bħal djamant. Iċ-ċelloli li jiffurmaw pannell solari għandhom ikunu kollha orjentati tul l-istess pjan biex timmassimizza l-effiċjenza tal-konverżjoni. Il-pannelli huma tipikament miksija b'folja tal-ħġieġ fuq in-naħa li tiffaċċja x-xemx biex tipproteġi l-wejfers.
Iċ-ċelloli solari jistgħu jkunu konnessi f'serje jew paralleli, skont ir-rekwiżiti speċifiċi. Il-konnessjoni taċ-ċelloli f'serje żżid il-vultaġġ tagħhom filwaqt li tgħaqqadhom b'mod parallel iżid il-kurrent. L-iżvantaġġ primarju ta 'kordi paralleli huwa li l-effetti tad-dell jistgħu jikkawżaw li l-kordi shadowed jingħalaq, li jista' jikkawża li l-kordi illuminati japplikaw bias invers għall-kordi shadowed. Dan l-effett jista 'jirriżulta f'telf sostanzjali ta' qawwa u anke ħsara liċ-ċelloli.
Is-soluzzjoni ppreferuta għal din il-problema hija li tgħaqqad kordi ta 'ċelloli f'serje biex jiffurmaw moduli u tuża trackers tal-punt tal-qawwa massima (MPPTs) biex timmaniġġja r-rekwiżiti tal-enerġija tal-kordi indipendentement minn xulxin. Madankollu, il-moduli jistgħu wkoll jiġu interkonnessi biex jiffurmaw firxa bil-kurrent tat-tagħbija mixtieq u l-ogħla vultaġġ. Soluzzjoni oħra għall-problemi kkawżati mill-effetti dell hija l-użu ta 'dijodi shunt biex jitnaqqas it-telf ta' enerġija.
Żieda fid-Daqs
It-tendenza lejn boules akbar fl-industrija tas-semikondutturi rriżultat f'żieda fid-daqs taċ-ċelloli solari. Il-pannelli solari żviluppati fis-snin tmenin huma magħmula minn ċelloli b'dijametru ta' bejn 50 u 100 mm. Pannelli magħmula matul is-snin 90 u 2000 tipikament użaw wejfers b'dijametru ta '125 mm, u pannelli magħmula mill-2008 għandhom ċelloli ta' 156 mm.
L-Użu Ta 'Wejfers tas-Silikon
Il-wejfers tas-silikon jintużaw ħafna drabi bħala s-sottostrat għal ċirkwiti integrati (ICs), għalkemm huma wkoll komponent ewlieni fiċ-ċelloli fotovoltajċi, jew solari. Il-proċess bażiku tal-fabbrikazzjoni ta 'dawn il-wejfers huwa l-istess għal dawn iż-żewġ applikazzjonijiet, għalkemm ir-rekwiżiti tal-kwalità huma ħafna ogħla għall-wejfers użati fl-ICs. Dawn il-wejfers jgħaddu wkoll minn passi addizzjonali bħall-impjantazzjoni tal-joni, l-inċiżjoni u l-mudell fotolitografiku, li mhumiex meħtieġa għaċ-ċelloli solari.
