HALFGELEIDER
WAT IS EEN HALFGELEIDER?
Een halfgeleiderapparaat is een elektronische component die gebruik maakt van elektrische geleiding, maar eigenschappen heeft die tussen die van een geleider, bijvoorbeeld koper, en die van een isolator, zoals glas, liggen. Deze apparaten maken gebruik van elektrische geleiding in de vaste toestand in plaats van in de gasvormige toestand of thermionische emissie in een vacuüm, en ze hebben in de meeste moderne toepassingen vacuümbuizen vervangen.
Het meest voorkomende gebruik van halfgeleiders is in chips met geïntegreerde schakelingen. Onze moderne computerapparatuur, waaronder mobiele telefoons en tablets, kan miljarden kleine halfgeleiders bevatten die zijn samengevoegd op enkele chips en allemaal met elkaar zijn verbonden op één enkele halfgeleiderwafel.
De geleidbaarheid van een halfgeleider kan op verschillende manieren worden gemanipuleerd, bijvoorbeeld door het introduceren van een elektrisch of magnetisch veld, door deze bloot te stellen aan licht of hitte, of door de mechanische vervorming van een gedoteerd monokristallijn siliciumrooster. Hoewel de technische verklaring vrij gedetailleerd is, is het de manipulatie van halfgeleiders die onze huidige digitale revolutie mogelijk heeft gemaakt.
HOE WORDT ALUMINIUM GEBRUIKT IN HALFGELEIDERS?
Aluminium heeft veel eigenschappen die het tot een primaire keuze maken voor gebruik in halfgeleiders en microchips. Aluminium heeft bijvoorbeeld een superieure hechting ten opzichte van siliciumdioxide, een belangrijk onderdeel van halfgeleiders (hier dankt Silicon Valley zijn naam aan). De elektrische eigenschappen, namelijk dat het een lage elektrische weerstand heeft en uitstekend contact maakt met draadverbindingen, zijn een ander voordeel van aluminium. Ook belangrijk is dat het gemakkelijk is om aluminium te structureren in droge etsprocessen, een cruciale stap bij het maken van halfgeleiders. Terwijl andere metalen, zoals koper en zilver, een betere corrosieweerstand en elektrische taaiheid bieden, zijn ze ook veel duurder dan aluminium.
Een van de meest voorkomende toepassingen van aluminium bij de vervaardiging van halfgeleiders is de sputtertechnologie. De dunne laagdikte van nanodikten van zeer zuivere metalen en silicium in microprocessorwafels wordt bereikt door een proces van fysieke dampafzetting dat bekend staat als sputteren. Materiaal wordt uit een doel geworpen en afgezet op een substraatlaag van silicium in een vacuümkamer die is gevuld met gas om de procedure te vergemakkelijken; gewoonlijk een inert gas zoals argon.
De steunplaten voor deze doelen zijn gemaakt van aluminium met de zeer zuivere materialen voor afzetting, zoals tantaal, koper, titanium, wolfraam of 99,9999% puur aluminium, gebonden aan hun oppervlak. Foto-elektrisch of chemisch etsen van het geleidende oppervlak van het substraat creëert de microscopische schakelpatronen die worden gebruikt in de functie van de halfgeleider.
De meest voorkomende aluminiumlegering bij de verwerking van halfgeleiders is 6061. Om de beste prestaties van de legering te garanderen, wordt doorgaans een beschermende geanodiseerde laag op het oppervlak van het metaal aangebracht, waardoor de corrosieweerstand wordt vergroot.
Omdat het zulke nauwkeurige apparaten zijn, moeten corrosie en andere problemen nauwlettend in de gaten worden gehouden. Er zijn verschillende factoren gevonden die bijdragen aan corrosie in halfgeleiderapparaten, bijvoorbeeld door ze in plastic te verpakken.