ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ
ΤΙ ΕΙΝΑΙ Ο ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ;
Μια συσκευή ημιαγωγών είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που χρησιμοποιεί ηλεκτρική αγωγιμότητα αλλά έχει χαρακτηριστικά που βρίσκονται ανάμεσα σε αυτό ενός αγωγού, για παράδειγμα χαλκού, και σε αυτό ενός μονωτή, όπως το γυαλί. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν ηλεκτρική αγωγιμότητα σε στερεά κατάσταση σε αντίθεση με την αέρια κατάσταση ή θερμιονική εκπομπή στο κενό, και έχουν αντικαταστήσει τους σωλήνες κενού στις περισσότερες σύγχρονες εφαρμογές.
Η πιο κοινή χρήση ημιαγωγών είναι σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Οι σύγχρονες υπολογιστικές μας συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των κινητών τηλεφώνων και των tablet, ενδέχεται να περιέχουν δισεκατομμύρια μικροσκοπικούς ημιαγωγούς ενωμένους σε μεμονωμένα τσιπ, όλοι διασυνδεδεμένοι σε ένα μόνο ημιαγωγικό γκοφρέτα.
Η αγωγιμότητα ενός ημιαγωγού μπορεί να ρυθμιστεί με διάφορους τρόπους, όπως με την εισαγωγή ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου, με την έκθεσή του στο φως ή τη θερμότητα ή λόγω της μηχανικής παραμόρφωσης ενός πλέγματος μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Ενώ η τεχνική εξήγηση είναι αρκετά λεπτομερής, η χειραγώγηση των ημιαγωγών είναι αυτό που έκανε δυνατή την τρέχουσα ψηφιακή επανάστασή μας.
ΠΩΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΤΟ ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΣΤΟΥΣ ΗΜΙΑΓΩΓΟΥΣ;
Το αλουμίνιο έχει πολλές ιδιότητες που το καθιστούν κύρια επιλογή για χρήση σε ημιαγωγούς και μικροτσίπ. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο έχει ανώτερη πρόσφυση σε σχέση με το διοξείδιο του πυριτίου, ένα κύριο συστατικό των ημιαγωγών (από εδώ πήρε το όνομά του η Silicon Valley). Οι ηλεκτρικές του ιδιότητες, δηλαδή ότι έχει χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση και κάνει εξαιρετική επαφή με δεσμούς καλωδίων, είναι ένα άλλο πλεονέκτημα του αλουμινίου. Επίσης σημαντικό είναι ότι είναι εύκολο να δομηθεί το αλουμίνιο σε διαδικασίες ξηρής χάραξης, ένα κρίσιμο βήμα στην κατασκευή ημιαγωγών. Ενώ άλλα μέταλλα, όπως ο χαλκός και το ασήμι, προσφέρουν καλύτερη αντοχή στη διάβρωση και ηλεκτρική σκληρότητα, είναι επίσης πολύ πιο ακριβά από το αλουμίνιο.
Μία από τις πιο διαδεδομένες εφαρμογές για το αλουμίνιο στην κατασκευή ημιαγωγών είναι στη διαδικασία της τεχνολογίας sputtering. Η λεπτή επίστρωση νανοπάχους μετάλλων υψηλής καθαρότητας και πυριτίου σε γκοφρέτες μικροεπεξεργαστή επιτυγχάνεται μέσω μιας διαδικασίας φυσικής εναπόθεσης ατμών, γνωστή ως sputtering. Το υλικό εκτοξεύεται από έναν στόχο και εναποτίθεται σε ένα στρώμα υποστρώματος πυριτίου σε θάλαμο κενού που έχει γεμίσει με αέριο για να διευκολύνει τη διαδικασία. συνήθως ένα αδρανές αέριο όπως το αργό.
Οι πλάκες στήριξης για αυτούς τους στόχους είναι κατασκευασμένες από αλουμίνιο με υλικά υψηλής καθαρότητας για εναπόθεση, όπως ταντάλιο, χαλκό, τιτάνιο, βολφράμιο ή 99,9999% καθαρό αλουμίνιο, κολλημένα στην επιφάνειά τους. Η φωτοηλεκτρική ή χημική χάραξη της αγώγιμης επιφάνειας του υποστρώματος δημιουργεί τα μοτίβα μικροσκοπικών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται στη λειτουργία του ημιαγωγού.
Το πιο κοινό κράμα αλουμινίου στην επεξεργασία ημιαγωγών είναι το 6061. Για να εξασφαλιστεί η καλύτερη απόδοση του κράματος, γενικά θα εφαρμοστεί ένα προστατευτικό ανοδιωμένο στρώμα στην επιφάνεια του μετάλλου, το οποίο θα ενισχύσει την αντίσταση στη διάβρωση.
Επειδή πρόκειται για συσκευές με μεγάλη ακρίβεια, η διάβρωση και άλλα προβλήματα πρέπει να παρακολουθούνται στενά. Αρκετοί παράγοντες έχουν βρεθεί ότι συμβάλλουν στη διάβρωση σε συσκευές ημιαγωγών, για παράδειγμα η συσκευασία τους σε πλαστικό.