Terminiga „elektroonika” saate seostada paljusid asju, eriti elektrooniliste trükkplaatide komponendid nagu transistorid, dioodid, IC-d ja nii edasi. Kui olete neist komponentidest täiesti teadlik, peate olema teadlik ka nende komponentide tootmisel valitsevast räni kasutamisest.

Räni kasutab

Mis on räni?

Räni on pooljuhtmaterjal aatomnumbriga 14, mis asub perioodilise tabeli 4. rühmas. Puhta amorfse räni valmistas esmakordselt Jones Jacob Berzelius 1824. aastal, kristallilise räni aga esmakordselt Henry Etienne 1854. aastal.

Mis on pooljuhid?

Pooljuhid ei ole muud kui materjalid, millel on puhtal kujul isoleerivad omadused ja lisandeid lisades või lisades juhtivad omadused. Pooljuhtidel on tavaliselt isolaatorite (maksimaalne ribavahe) ja juhtide (minimaalne ribavahe) ribariba (energia, mis on vajalik elektronide kovalentsest sidemest vabanemiseks). Pooljuhtide juhtivus või laengu vool on tingitud vabade elektronide või aukude liikumisest.

Kui olete perioodilise tabeliga tuttav, peate olema kursis perioodilisustabeli rühmadega. Pooljuhtmaterjalid esinevad tavaliselt perioodilise tabeli rühmas 4 või esinevad ka rühma 3 ja rühma 6 kombinatsioonina või rühma 2 ja rühma 4 kombinatsioonina. Kõige enam kasutatakse pooljuhte räni, germaanium ja gallium-arseeniid.

Niisiis, mis muudab räni elektroonika eelistatuimaks pooljuhtmaterjaliks?

Järgmised on peamised põhjused:

1. Räni arvukus

Räni populaarsuse peamine ja silmapaistvam põhjus valitud materjalina on selle arvukus. Järgmisel kohal hapnikuga, mida maapõues on umbes 46%, moodustab Räni umbes 28% maakoorest. See on laialdaselt saadaval liiva (ränidioksiid) ja kvartsina.

Räniküllus looduses

2. Räni tootmine

Räni vahvlid, mida kasutatakse mikroskeemide ja elektroonilised osad on valmistatud tõhusate ja ökonoomsete tehnikatega. Puhas räni või polü räni saadakse järgmiste sammude abil:

Kvarts pannakse koksiga reageerima, saades elektriahjus metallurgilise räni.
Metallurgiline seejärel muundatakse räni triklorosilaaniks (TCS) keevkihtreaktorites.
Seejärel puhastatakse TCS destilleerimise teel ja lagundatakse seejärel koos vesinikuga reaktoris kuumadele ränifilamentidele. Lõpuks on tulemuseks polü-räni varras.

Seejärel kristallitakse polü-ränipulk Czochralski meetodil, et saada ränikristalle või valuplokke. Need valuplokid lõigatakse lõpuks ID-lõikamise või traadilõikamise meetodil vahvliteks.

Räni tootmine

Kõik ülaltoodud protsessid hõlbustavad räniplaatide tootmiseks vajaliku läbimõõdu, orientatsiooni, juhtivuse, dopingu kontsentratsiooni ja hapniku kontsentratsiooni saavutamist.

3. Keemilised omadused

Keemilised omadused viitavad omadustele, mille puhul on määratletud materjalide reaktsioon teistega. Keemilised omadused sõltuvad otseselt elemendi aatomi struktuurist. Enamasti elektroonikas kasutatav kristalliline räni koosneb teemanditaolisest struktuurist. Iga ühikrakk koosneb 8 aatomist a bravais võre kokkulepe. See muudab puhta räni toatemperatuuril väga stabiilseks, võrreldes teiste materjalidega nagu germaanium.
Seega mõjutab puhast räni kõige vähem vesi, hape või aur. Samuti moodustab räni sulanud olekus kõrgemal temperatuuril kergesti oksiide ja nitriide ning isegi sulameid.

4. Räni struktuur

Räni füüsikalised omadused aitavad kaasa ka selle populaarsusele ja kasutamisele pooljuhtmaterjalina.

“koostamiskeele programmeerimine 8086 näidet ”

Räni struktuur

Ränil on mõõdukas energiaribade vahe 1,12 eV 0 K juures. See muudab räni germaaniumiga võrreldes stabiilseks elemendiks ja vähendab lekkevoolu võimalust. Vastupidine vool on nanoamprites ja on väga madal.
Räni kristallstruktuur koosneb 34-protsendise pakkimistihedusega näokesksest kuupvõre struktuurist. See võimaldab lisandite aatomite hõlpsat asendamist võre tühjades kohtades. Teisisõnu on dopingukontsentratsioon üsna kõrge, umbes 10 ^ 21atoms / cm ^ 3.

See suurendab ka võimalust lisada lisandeid nagu hapnik kristallvõre vahepealsete aatomitena. See annab vahvlitele tugeva mehaanilise tugevuse erinevat tüüpi pingete vastu, näiteks termilise, mehaanilise või gravitatsioonilise mõju suhtes.

Ränidioodide ettepoole suunatud pinge on 0,7 V, mis on germaaniumdioodidega võrreldes kõrgem. See muudab need stabiilsemaks ja suurendab räni kasutamist alalditena.

5. Ränidioksiid

Räni tohutu populaarsuse viimane, kuid mitte vähem oluline põhjus on oksiidide moodustamise lihtsus. Ränidioksiid on IC-tehnoloogias kõige laialdasemalt kasutatav isolaator tänu oma äärmiselt stabiilsele keemilisele olemusele, võrreldes teiste oksiididega nagu germaanium, mis on vees lahustuv ja laguneb temperatuuril 800 Celsiuse kraadi.

Ränidioksiid

“nimetage kahte tüüpi pordid, mida klaviatuur võib kasutada ”

Ränidioksiidi võib termiliselt kasvatada hapniku abil ränilaudade kohal kõrgemal temperatuuril või ladestada silaani ja hapnikku kasutades.

Kasutatakse ränidioksiidi:

IC-i valmistamise tehnikates nagu söövitamine, difusioon, ioonide implantatsioon jne.
Dielektrikates elektroonikaseadmetele.
Ultrathin kihina MOS- ja CMOS-seadmetele. See on suurendanud suure sisendtakistusega CMOS-seadmete suurt populaarsust.
3D-seadmetes sisse MEM-ide tehnoloogia .

Niisiis, need on peamised põhjused räni suureneva kasutamise jaoks elektroonikas. Loodame, et teil on praeguseks selge arusaam ja asjakohane põhjendus selle kohta, miks räni kasutatakse elektroonikapõhiste projektide väljatöötamisel pooljuhtmaterjalina. Siin on teie jaoks lihtne, kuid samas huvitav küsimus: miks ei kasutata räni LED-ides ja fotodioodides?

Foto autorid: