HALBLEITER
Was ist ein Halbleiter?
Ein Halbleiterbauelement ist eine elektronische Komponente, die elektrische Leitung nutzt, aber Eigenschaften aufweist, die zwischen denen eines Leiters, beispielsweise Kupfer, und denen eines Isolators, beispielsweise Glas, liegen. Diese Geräte nutzen die elektrische Leitung im festen Zustand im Gegensatz zum gasförmigen Zustand oder thermionische Emission im Vakuum und haben in den meisten modernen Anwendungen Vakuumröhren ersetzt.
Die häufigste Verwendung von Halbleitern findet sich in Chips für integrierte Schaltkreise. Unsere modernen Computergeräte, darunter Mobiltelefone und Tablets, könnten Milliarden winziger Halbleiter enthalten, die auf einzelnen Chips zusammengefasst und auf einem einzigen Halbleiterwafer miteinander verbunden sind.
Die Leitfähigkeit eines Halbleiters kann auf verschiedene Weise manipuliert werden, beispielsweise durch die Einführung eines elektrischen oder magnetischen Feldes, durch die Einwirkung von Licht oder Wärme oder durch die mechanische Verformung eines dotierten monokristallinen Siliziumgitters. Obwohl die technische Erklärung recht detailliert ist, ist es die Manipulation von Halbleitern, die unsere aktuelle digitale Revolution ermöglicht hat.
WIE WIRD ALUMINIUM IN HALBLEITERN VERWENDET?
Aluminium hat viele Eigenschaften, die es zur ersten Wahl für den Einsatz in Halbleitern und Mikrochips machen. Aluminium haftet beispielsweise hervorragend an Siliziumdioxid, einem Hauptbestandteil von Halbleitern (daher hat das Silicon Valley seinen Namen). Ein weiterer Vorteil von Aluminium sind seine elektrischen Eigenschaften, nämlich ein geringer elektrischer Widerstand und eine hervorragende Kontaktierung bei Drahtbonds. Wichtig ist auch, dass sich Aluminium in Trockenätzprozessen leicht strukturieren lässt, einem entscheidenden Schritt bei der Herstellung von Halbleitern. Während andere Metalle wie Kupfer und Silber eine bessere Korrosionsbeständigkeit und elektrische Widerstandsfähigkeit bieten, sind sie auch viel teurer als Aluminium.
Eine der häufigsten Anwendungen für Aluminium bei der Herstellung von Halbleitern ist die Sputtertechnologie. Die dünne Schichtung von hochreinen Metallen und Silizium in Nanodicken in Mikroprozessorwafern wird durch einen Prozess der physikalischen Gasphasenabscheidung erreicht, der als Sputtern bekannt ist. Material wird von einem Ziel ausgestoßen und in einer Vakuumkammer, die mit Gas gefüllt wurde, auf einer Substratschicht aus Silizium abgeschieden, um den Vorgang zu erleichtern; normalerweise ein Inertgas wie Argon.
Die Trägerplatten für diese Targets bestehen aus Aluminium, auf deren Oberfläche hochreine Materialien wie Tantal, Kupfer, Titan, Wolfram oder 99,9999 % reines Aluminium aufgebracht sind. Durch fotoelektrisches oder chemisches Ätzen der leitenden Oberfläche des Substrats entstehen die mikroskopischen Schaltkreismuster, die für die Funktion des Halbleiters verwendet werden.
Die in der Halbleiterverarbeitung am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung ist 6061. Um die beste Leistung der Legierung zu gewährleisten, wird im Allgemeinen eine schützende eloxierte Schicht auf die Oberfläche des Metalls aufgetragen, die die Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Da es sich um so präzise Geräte handelt, müssen Korrosion und andere Probleme genau überwacht werden. Es wurde festgestellt, dass mehrere Faktoren zur Korrosion von Halbleiterbauelementen beitragen, beispielsweise deren Verpackung in Kunststoff.