Muhtasari wa Kina wa Mbinu za Ukuaji wa Silicon ya Monocrystalline

Muhtasari wa Kina wa Mbinu za Ukuaji wa Silicon ya Monocrystalline

1. Usuli wa Maendeleo ya Silicon ya Monocrystalline

Ukuaji wa teknolojia na mahitaji yanayokua ya bidhaa mahiri za ufanisi wa hali ya juu yameimarisha zaidi nafasi ya msingi ya tasnia ya saketi jumuishi (IC) katika maendeleo ya kitaifa. Kama msingi wa tasnia ya IC, silicon ya semiconductor monocrystalline ina jukumu muhimu katika kuendesha uvumbuzi wa kiteknolojia na ukuaji wa uchumi.

Kulingana na data kutoka kwa Jumuiya ya Kitaifa ya Sekta ya Semiconductor, soko la kimataifa la kaki la semiconductor lilifikia bei ya mauzo ya $12.6 bilioni, na usafirishaji uliongezeka hadi inchi za mraba bilioni 14.2. Zaidi ya hayo, mahitaji ya kaki za silicon yanaendelea kuongezeka kwa kasi.

Walakini, tasnia ya kaki ya kimataifa ya silicon imejilimbikizia sana, na wasambazaji watano wakuu wakitawala zaidi ya 85% ya sehemu ya soko, kama inavyoonyeshwa hapa chini:

• Kemikali ya Shin-Etsu (Japani)

• SUMCO (Japani)

• Kaki za Ulimwenguni

• Siltronic (Ujerumani)

• SK Siltron (Korea Kusini)

Oligopoly hii inasababisha utegemezi mkubwa wa China kwa kaki za silicon zenye fuwele kutoka nje, ambayo imekuwa mojawapo ya vikwazo muhimu vinavyozuia maendeleo ya tasnia ya saketi jumuishi ya nchi.

Ili kuondokana na changamoto za sasa katika sekta ya utengenezaji wa silicon monocrystal ya semiconductor, kuwekeza katika utafiti na maendeleo na kuimarisha uwezo wa uzalishaji wa ndani ni chaguo lisiloepukika.

2. Maelezo ya jumla ya Nyenzo ya Silicon ya Monocrystalline

Silicon ya monocrystalline ndio msingi wa tasnia iliyojumuishwa ya mzunguko. Hadi sasa, zaidi ya 90% ya chip za IC na vifaa vya elektroniki vinatengenezwa kwa silicon ya monocrystalline kama nyenzo kuu. Mahitaji makubwa ya silicon ya monocrystalline na matumizi yake mbalimbali ya viwanda yanaweza kuhusishwa na mambo kadhaa:

1. Usalama na Rafiki wa Mazingira: Silicon imejaa katika ukoko wa Dunia, haina sumu, na ni rafiki wa mazingira.

2. Insulation ya Umeme: Silicon kawaida inaonyesha mali ya insulation ya umeme, na juu ya matibabu ya joto, huunda safu ya kinga ya dioksidi ya silicon, ambayo inazuia kwa ufanisi kupoteza malipo ya umeme.

3. Teknolojia ya Ukuaji Mzima: Historia ndefu ya maendeleo ya kiteknolojia katika michakato ya ukuaji wa silikoni imeifanya kuwa ya kisasa zaidi kuliko nyenzo zingine za semiconductor.

Sababu hizi kwa pamoja huweka silicon ya monocrystalline katika mstari wa mbele wa tasnia, na kuifanya isiweze kubadilishwa na nyenzo zingine.

Kwa upande wa muundo wa kioo, silicon ya monocrystalline ni nyenzo iliyofanywa kutoka kwa atomi za silicon zilizopangwa katika kimiani ya mara kwa mara, na kutengeneza muundo unaoendelea. Ni msingi wa tasnia ya utengenezaji wa chip.

Mchoro ufuatao unaonyesha mchakato kamili wa utayarishaji wa silicon ya monocrystalline:

Muhtasari wa Mchakato:
Silicon ya monocrystalline inatokana na ore ya silicon kupitia mfululizo wa hatua za kusafisha. Kwanza, silicon ya polycrystalline hupatikana, ambayo hupandwa katika ingot ya silicon ya monocrystalline katika tanuru ya ukuaji wa kioo. Baadaye, hukatwa, kung'olewa, na kusindika kuwa kaki za silicon zinazofaa kwa utengenezaji wa chips.

Kaki za silicon kawaida hugawanywa katika vikundi viwili:photovoltaic-gradenadaraja la semiconductor. Aina hizi mbili hutofautiana hasa katika muundo wao, usafi, na ubora wa uso.

• Kaki za daraja la semiconductorkuwa na usafi wa kipekee wa hadi 99.999999999%, na zinahitajika kabisa kuwa monocrystalline.

• Kaki za kiwango cha photovoltaicsi safi sana, na viwango vya usafi vinaanzia 99.99% hadi 99.9999%, na hazina masharti magumu kama haya ya ubora wa fuwele.

Kwa kuongeza, kaki za kiwango cha semiconductor zinahitaji ulaini wa juu wa uso na usafi kuliko kaki za kiwango cha photovoltaic. Viwango vya juu vya kaki za semiconductor huongeza ugumu wa utayarishaji wao na thamani yao inayofuata katika matumizi.

Chati ifuatayo inaangazia mabadiliko ya vipimo vya kaki vya semicondukta, ambayo yameongezeka kutoka kaki za inchi 4 (100mm) na inchi 6 (150mm) hadi kaki za sasa za inchi 8 (200mm) na inchi 12 (300mm).

Katika utayarishaji halisi wa silicon monocrystal, saizi ya kaki inatofautiana kulingana na aina ya programu na sababu za gharama. Kwa mfano, chip za kumbukumbu kwa kawaida hutumia kaki za inchi 12, wakati vifaa vya nishati mara nyingi hutumia kaki za inchi 8.

Kwa muhtasari, mabadiliko ya saizi ya kaki ni matokeo ya Sheria ya Moore na mambo ya kiuchumi. Ukubwa wa kaki kubwa huwezesha ukuaji wa eneo la silicon linaloweza kutumika zaidi chini ya hali sawa za uchakataji, kupunguza gharama za uzalishaji huku ukipunguza taka kutoka kwenye kingo za kaki.

Kama nyenzo muhimu katika maendeleo ya teknolojia ya kisasa, kaki za silicon za semiconductor, kupitia michakato sahihi kama vile upigaji picha na upandikizaji wa ioni, huwezesha utengenezaji wa vifaa mbalimbali vya kielektroniki, ikiwa ni pamoja na virekebishaji vya nguvu ya juu, transistors, transistors za makutano ya bipolar, na vifaa vya kubadili. Vifaa hivi vina jukumu muhimu katika nyanja kama vile akili bandia, mawasiliano ya 5G, vifaa vya elektroniki vya magari, Mtandao wa Mambo na anga, na hivyo kuunda msingi wa maendeleo ya uchumi wa kitaifa na uvumbuzi wa teknolojia.

3. Teknolojia ya Ukuaji wa Silicon ya Monocrystalline

TheNjia ya Czochralski (CZ).ni mchakato mzuri wa kuvuta nyenzo za hali ya juu za monocrystalline kutoka kwenye kuyeyuka. Iliyopendekezwa na Jan Czochralski mnamo 1917, njia hii pia inajulikana kamaKuvuta Kioombinu.

Hivi sasa, njia ya CZ inatumiwa sana katika maandalizi ya vifaa mbalimbali vya semiconductor. Kwa mujibu wa takwimu zisizo kamili, karibu 98% ya vipengele vya elektroniki vinafanywa kutoka kwa silicon ya monocrystalline, na 85% ya vipengele hivi vinavyozalishwa kwa kutumia njia ya CZ.

Mbinu ya CZ inapendelewa kwa sababu ya ubora wake bora wa fuwele, saizi inayoweza kudhibitiwa, kiwango cha ukuaji wa haraka, na ufanisi wa juu wa uzalishaji. Sifa hizi hufanya silicon ya CZ monocrystalline kuwa nyenzo inayopendelewa kwa ajili ya kukidhi mahitaji ya hali ya juu na makubwa katika tasnia ya vifaa vya elektroniki.

Kanuni ya ukuaji wa silicon ya CZ monocrystalline ni kama ifuatavyo.

Mchakato wa CZ unahitaji joto la juu, utupu, na mazingira yaliyofungwa. Vifaa muhimu kwa mchakato huu nitanuru ya ukuaji wa kioo, ambayo hurahisisha hali hizi.

Mchoro ufuatao unaonyesha muundo wa tanuru ya ukuaji wa fuwele.

Katika mchakato wa CZ, silicon safi huwekwa kwenye crucible, kuyeyuka, na kioo cha mbegu huletwa ndani ya silicon iliyoyeyuka. Kwa kudhibiti kwa usahihi vigezo kama vile halijoto, kasi ya kuvuta na kasi ya kuzunguka, atomi au molekuli kwenye kiolesura cha kioo cha mbegu na silicon iliyoyeyushwa huendelea kujipanga upya, kuganda kadri mfumo unapopoa na hatimaye kutengeneza fuwele moja.

Mbinu hii ya ukuaji wa fuwele huzalisha silicon ya hali ya juu, yenye kipenyo kikubwa yenye mielekeo maalum ya fuwele.

Mchakato wa ukuaji unajumuisha hatua kadhaa muhimu, pamoja na:

1. Disassembly na Loading: Kuondoa fuwele na kusafisha kikamilifu tanuru na vipengele kutoka kwa uchafu kama vile quartz, grafiti, au uchafu mwingine.

2. Utupu na Kuyeyuka: Mfumo huo hutolewa kwa utupu, ikifuatiwa na kuanzishwa kwa gesi ya argon na inapokanzwa kwa malipo ya silicon.

3. Kuvuta Kioo: Kioo cha mbegu huteremshwa ndani ya silicon iliyoyeyushwa, na halijoto ya kiolesura hudhibitiwa kwa uangalifu ili kuhakikisha ukaushaji ufaao.

4. Udhibiti wa Mabega na Kipenyo: Wakati fuwele inakua, kipenyo chake kinafuatiliwa kwa uangalifu na kurekebishwa ili kuhakikisha ukuaji sawa.

5. Mwisho wa Ukuaji na Kuzimwa kwa Tanuru: Mara tu ukubwa wa kioo unaohitajika unapatikana, tanuru imefungwa, na kioo huondolewa.

Hatua za kina katika mchakato huu zinahakikisha kuundwa kwa monocrystals za ubora wa juu, zisizo na kasoro zinazofaa kwa utengenezaji wa semiconductor.

4. Changamoto katika Uzalishaji wa Silicon ya Monocrystalline

Mojawapo ya changamoto kuu katika kutengeneza monocrystals za semicondukta zenye kipenyo kikubwa ni katika kukabiliana na vikwazo vya kiufundi wakati wa mchakato wa ukuaji, hasa katika kutabiri na kudhibiti kasoro za fuwele:

1. Ubora wa Monocrystal usiolingana na Mavuno ya Chini: Kadiri saizi ya fuwele za silicon inavyoongezeka, utata wa mazingira ya ukuaji huongezeka, hivyo kufanya iwe vigumu kudhibiti vipengele kama vile sehemu za joto, mtiririko na sumaku. Hii inatatiza kazi ya kufikia ubora thabiti na mavuno ya juu.

2. Mchakato wa Udhibiti Usio thabiti: Mchakato wa ukuaji wa semiconductor silicon monocrystals ni changamano sana, na nyanja nyingi za kimwili zinazoingiliana, na kufanya usahihi wa udhibiti kutokuwa thabiti na kusababisha mazao machache ya bidhaa. Mikakati ya sasa ya udhibiti inalenga hasa vipimo vya upeo wa juu vya fuwele, ilhali ubora bado unarekebishwa kulingana na uzoefu wa mikono, hivyo kufanya iwe vigumu kukidhi mahitaji ya uundaji wa micro na nano katika chip za IC.

Ili kukabiliana na changamoto hizi, uundaji wa mbinu za wakati halisi, ufuatiliaji wa mtandaoni na utabiri wa ubora wa fuwele unahitajika haraka, pamoja na uboreshaji wa mifumo ya udhibiti ili kuhakikisha uzalishaji thabiti, wa ubora wa monocrystals kubwa kwa matumizi katika nyaya zilizounganishwa.