ความลับทั้งหมดของเวเฟอร์แพนเค้กวิเศษที่ฐานของชิปทั้งหมด

เวเฟอร์ที่นี่เวเฟอร์ที่นั่น: ในบทความทางเทคนิคเล็กน้อยที่เราอุทิศให้กับเซมิคอนดักเตอร์คำนี้ได้รับเชิญในศัพท์แสงของเรา จากการแปล "wafter" เป็นภาษาอังกฤษเวเฟอร์เป็น "ขอบ" หรือ "โบรชัวร์" ที่ดีในภาษาฝรั่งเศส เค้กชั้นดีถูกตัดออกจากแถบซิลิคอนขนาดใหญ่ที่มีขนาดใหญ่ซึ่งสามารถนำมาเปรียบเทียบกับ "ดินเหนียวยุคแรก" ของส่วนประกอบทั้งหมดรอบตัวเรา เพราะหากไม่มีสารตั้งต้นนี้ที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ไม่มีชิปเซ็นเซอร์หน้าจอและไฟ LED อื่น ๆ รอบตัวเราสามารถเกิดขึ้นได้ ถึงเวลาแล้วที่เราจะบอกรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเค้กตลกนี้ ...

ชิ้นส่วนของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

ไม่ว่าจะเป็นองค์ประกอบทางเคมี - องค์ประกอบสำคัญของพฤติกรรมของเขา - ใด ๆเวเฟอร์มีไว้สำหรับเซมิคอนดักเตอร์สูงสุดสามารถกำหนดเป็นแผ่นที่เรียกว่า "เซมิคอนดักเตอร์" วัสดุ monocrystalline สองคำมีความสำคัญ เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่สามารถผ่านกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่ คุณสมบัติของการเป็นตัวนำหรือฉนวนนี้ขึ้นอยู่กับสถานการณ์เป็นกุญแจสำคัญสำหรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ มันเป็นความสามารถในการส่งกระแส (1) หรือไม่ (0) ซึ่งช่วยให้พฤติกรรมไบนารีของชิปของเรา

คำเดียวที่สำคัญ แม้ว่าแอปพลิเคชันบางตัวสามารถโทรได้เวเฟอร์ซึ่งโครงสร้างคือ polycrystalline (เช่นแผงเซลล์แสงอาทิตย์บางส่วน) โลกของโปรเซสเซอร์ของเราต้องการองค์กรอะตอมที่มีความบริสุทธิ์สูง ความสม่ำเสมอทำให้เป็นไปได้ที่จะทำนายและควบคุมพฤติกรรมสุดท้ายของหมัด ความบริสุทธิ์สูงลดความต้านทานซึ่งช่วยให้การเคลื่อนไหวของโหลดไฟฟ้าเมื่อเทียบกับโครงสร้างที่มีสารประกอบที่แตกต่างกันเกินไป ดังนั้นจึงอยู่บนขอบของสารเคมีอย่างน้อยหนึ่งชนิดที่ผู้ผลิตจะ "แกะสลัก" ชิปของเรา ความยากลำบากแรกคือการรู้ว่าจะใช้วัสดุอะไร และถ้าคุณเป็นผู้อ่านสิ่งพิมพ์ทางเทคโนโลยีอย่างขยันขันแข็งคุณไม่ต้องสงสัยเลยว่าวัสดุกษัตริย์คืออะไรสำหรับแกน Intel หรือ Apple M1: ซิลิกอนของคุณ

การปกครองของซิลิกอน

ทรานซิสเตอร์สมัยใหม่แรกที่ออกแบบโดย John Bardeen และ Walter Bratain ภายใน Bell Labs ในปี 1947 ได้รับการออกแบบบนพื้นผิวของเยอรมนี สารประกอบทางเคมีเมื่อเร็ว ๆ นี้ในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติตั้งแต่อะตอมเจอร์เมเนียมถูกแยกออกไปจนถึงสิ้นศตวรรษที่ 19 หากเจอร์เมเนียมมีสถานที่ในเซมิคอนดักเตอร์เสมอตามที่เราจะเห็น 95% ของเซมิคอนดักเตอร์ในโลกจะถูกจารึกไว้บนวัสดุอื่น: ซิลิคอน

หมายเหตุที่นี่และเราจะพูดถึงเรื่องนี้-ถ้าซิลิคอนจัดหาไขกระดูกของเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ที่ท่วมท้น แต่อื่น ๆเวเฟอร์มีวัสดุอื่น ๆ อยู่ นอกเหนือจากเจอร์เมเนียมที่ไม่ได้หายไปแล้วยังมีแพนเค้กจากแกลเลียม Arseniure Crystals (GAAs), แซฟไฟร์, อินเดียมฟอสเฟตหรือแกลเลียม (GAN) ฯลฯ วัสดุเหล่านี้ที่มีคุณสมบัติเหล่านี้ปรับให้เข้ากับการใช้งานบางอย่าง (การแปลงพลังงาน แต่พระมหากษัตริย์ที่สมบูรณ์ในโลกของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์คือซิลิกา ที่คุณสามารถหาได้ใต้ฝ่าเท้าของคุณไปที่ชายหาด ใช่คุณสามารถจินตนาการได้ว่าคุณสามารถเก็บเกี่ยวทรายจาก Pyla Dune หรือการแตกของแก้วไวน์ของคุณเพื่อทำหมัดเพราะพวกเขาทั้งหมดประกอบด้วยซิลิกา องค์ประกอบจะทำให้คุณติดอยู่ในล้ออย่างไรก็ตาม: ความไม่เจือปนของพวกเขา

ซิลิกาควอตซ์ที่บริสุทธิ์ที่สุดในจักรวาล

https://www.youtube.com/watch?v=u1-9xtx_pqa

องค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดอันดับสองของโลกหลังจากออกซิเจนซิลิกาเป็นองค์ประกอบหลักของทรายควอตซ์และทุกสิ่งที่ซิลิเกตที่ประทับโดยเพื่อนนักธรณีวิทยาของเรากระตือรือร้นทางเคมี และคุณมีทุกที่ที่บ้านหน้าต่างจากหน้าต่างไปยังแว่นตาโต๊ะของคุณ จากที่นั่นจะบอกว่าคุณกำลังจะทำเวเฟอร์พร้อมกับโรงอาหารสักแก้วมีเพียงขั้นตอนเดียว ... ไม่ควรดำเนินการ เพราะอย่างที่เราได้เห็นวัสดุของเวเฟอร์ต้องบริสุทธิ์มาก

อย่างที่คุณจะค้นพบเครื่องชั่งที่สมบูรณ์แบบที่ต้องการนั้นไม่ได้เทียบเท่ากับโลก "ปกติ" ของเรา หากแอพพลิเคชั่นเช่นแผงโซลาร์เซลล์สามารถ "ตอบสนอง" ดัชนีความบริสุทธิ์ (Delusional แล้ว!) ที่ 99.9999%ดินนี้ไม่เหมาะสำหรับโปรเซสเซอร์ที่จารึกไว้ในนาโนเมตรไม่กี่ตัวซึ่งขับเคลื่อนสมาร์ทโฟนของเรา ในการผลิตพวกเขาคุณต้องไปมากขึ้นไปอีกมาก จนถึงตอนนี้อัตราความบริสุทธิ์ที่แสดงกำลังส่าย: ซิลิคอนที่ผลิตโดยนักอุตสาหกรรมสำหรับโปรเซสเซอร์ขึ้นไปเป็นซิลิกาบริสุทธิ์ที่ 99.99999999999% (ใช่นั่นทำให้เก้า "9" หลังจากเครื่องหมายจุลภาคระดับความบริสุทธิ์ที่เรียกว่า 11n) (1) ระดับของสัมบูรณ์ที่ไม่มีอยู่บนโลกหรือที่อื่น ๆ ในจักรวาล ดังนั้นคุณต้องสร้างมันขึ้นมา

เพื่อให้ได้ความสมบูรณ์แบบดังกล่าวคุณต้องเริ่มต้นจากการสะสมทรายควอตซ์ที่ดีที่สุดในโลกเช่นของCape Fltlety ในรัฐควีนส์แลนด์ (ออสเตรเลีย)โดยที่ซิลิกา (SiO2 ส่วนผสมของซิลิกอนและออกซิเจน) บริสุทธิ์ที่ 99.03% หาก "ความสมบูรณ์แบบ" ทางธรณีวิทยานี้ไม่เพียงพอสำหรับ Core i7 มันทำให้สามารถ จำกัด จำนวนขั้นตอนหลังได้แล้วแต่ละคนก็ใช้พลังงานและสารเคมีจำนวนมาก พลังงานนี้เป็นความร้อนที่เข้มข้นซึ่งจะช่วยให้ทรายควอทซ์คลุกคลีกับกราไฟท์ เตาเผานี้จะช่วยให้คาร์บอนของกราฟฉีกออกซิเจนจากซิลิกาโดยสร้าง C0₂ขั้นตอนแรกของการทำให้บริสุทธิ์ซึ่งจะเป็นรูปแบบของแร่ซิลิกอน polycrystalline ของเกรดโลหะ

เบ้าหลอมและคริสตัล

เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ต่อไปผู้ผลิตจะใช้แร่นี้เพื่อสร้างแถบซิลิกอนอัพ ยังไง ? โดยการเติบโต monocrystal ยักษ์ในสภาพแวดล้อมที่ควบคุม มีหลายวิธีเช่นวิธีโซนลอยตัว แต่หลังแม้ว่าจะสมบูรณ์แบบมากและช่วยให้ระดับความบริสุทธิ์ที่สำคัญมาก จำกัด ขนาดสูงสุดของเวเฟอร์ที่ 200 มม. ดังนั้นจึงเป็นวิธีการ "กระบวนการ Czochralski" ซึ่งถูกเก็บไว้สำหรับการผลิตจำนวนมากเท่านั้นเวเฟอร์อนุญาต 300 มม.

ภายในตู้ซิลิคอน polycrystalline จะถูกทำให้ร้อนถึง 1,400 ° C ในเบ้าหลอมกราไฟท์ รักษาไว้เหนือจุดหลอมเหลวอย่างเคร่งครัดซิลิกายังคงเป็นของเหลว ที่ด้านบนของมวลการเผาไหม้นี้เชื้อโรค monocrystalline ขนาดเล็กจะมาถึงพื้นผิว และสมองของคริสตัลจะเติบโตขึ้นตามจังหวะของการขึ้นแขนอัตโนมัติของแขนที่มาเพื่อทำให้เกิดเชื้อโรคคริสตัลในการสัมผัสไม่กี่เซนติเมตรต่อชั่วโมง ค่อยๆสร้างไส้กรอกชนิดหนึ่งซึ่งความเป็นเนื้อเดียวกันนั้นเกิดขึ้นได้โดยการป้องกันการตอบโต้ระหว่างแขนและเบ้าหลอม จุดสิ้นสุดของการหมุนนี้ค่อยๆจะค่อยๆลดขนาดของ ingot โดยหลีกเลี่ยงความเครียดจากความร้อนที่โหดร้ายมากเกินไปซึ่งจะเป็นอันตรายถึงชีวิตในคริสตัล

เมื่อกระบวนการเสร็จสิ้นแถบซิลิกอน extrapur จะถูกลบออกจากตู้ และงานนั้นมีความเสี่ยง: ไม่เพียง แต่การช็อตใด ๆ ที่ส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของผลึกของ Ingot แต่นอกจากนี้มวลของมันทำให้ยากต่อการจัดการ ในกรณีของเวเฟอร์ 300 มม. ที่ใหญ่ที่สุด (ดังนั้นจึงเรียกว่า 12 นิ้ว) Ingot ดั้งเดิมมีน้ำหนัก 450 กิโลกรัมสำหรับขนาดการสั่นระหว่าง 2.4 และ 2.9 ม.! Ingot ที่ถูกตัดเข้าเวเฟอร์ซับซ้อนและน่าตื่นเต้นมากที่จะก่อให้เกิดบทความเฉพาะในอีกไม่กี่สัปดาห์!

เวเฟอร์ที่หลากหลายมาก

หากเรามุ่งเน้นไปที่ไฟล์เวเฟอร์"พื้นฐาน" ของอุตสาหกรรมชิปคอมพิวเตอร์นั่นคือการพูดเวเฟอร์จาก 300 มม. ในซิลิกอนคุณเข้าใจตั้งแต่เริ่มต้นบทความนี้ว่านี่ไม่ใช่สารตั้งต้นเท่านั้น เพราะความหลากหลายของเวเฟอร์เป็นมหาศาล จากธรรมชาติ (ซิลิกอน, เจอร์เมเนียม, แกลเลียมไนไตรด์ ฯลฯ ) ไปจนถึงโครงสร้างผลึก (เลย์เอาต์และการวางแนวของอะตอมระหว่างพวกเขา) ประเภทของการบำบัดพื้นผิวและสารเคมีสารเคมีที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติทางเคมีของพวกเขาการอ้างอิงของแคตตาล็อกนั้นนับไม่ถ้วน - ใช่คุณสามารถซื้อได้เวเฟอร์หญิงพรหมจารีหรือล้มเหลวบนเน็ต! ระดับของความบริสุทธิ์ก็แตกต่างกันไปและแสดงออกอย่างที่เราได้เห็นใน "n" เวเฟอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะแสดงใน 6N/9N นั่นคือการพูดถึงหมายเลขใหม่ถึงเก้าเท่าหรือ 99.9999999999% สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ตามความสำคัญของพวกเขาจำนวนจะเริ่มจาก 10n ถึง 13n หรือระดับความบริสุทธิ์สูงถึง 99.999999999999% วิธีการเขียนขัด 100%!

แต่ก็มีความแตกต่างขนาดระหว่างเวเฟอร์- เมื่อการผลิต Insting ได้ดีขึ้นอุตสาหกรรมจึงสามารถขยายขนาดของเวเฟอร์- ในสภาพแวดล้อมการผลิตมวลของเซมิคอนดักเตอร์ที่เวเฟอร์เป็นกลม - เซลล์แสงอาทิตย์เป็นสี่เหลี่ยมดูที่แผงโซลาร์เซลล์ของคุณ! -สามขนาดครอง: 150 มม., 200 มม. และ 300 มม.* สองมาตรฐานสุดท้ายนี้ใหญ่ที่สุด ซึ่งมีเหตุผลเพราะยิ่งเราสามารถใส่หมัดลงบนไฟล์เวเฟอร์ยิ่งผลผลิตชิปที่ซับซ้อนมากขึ้นจะเพิ่มขึ้น พืชนัดขั้นสูงส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาจึงมีศูนย์กลางอยู่ที่เวเฟอร์จาก 300 มม. มาตรฐานที่เปิดตัวในปี 2545

หากประวัติของแพนเค้กซิลิกอนได้เห็นขนาดสองเท่าทุกยี่สิบปีระหว่างปี 1972 (76 มม.) และ 2002 (300 มม.) อุตสาหกรรมก็ลังเลที่จะกระโดดเข้าไปในเกวียนถัดไปของเวเฟอร์450 มม.มาตรฐานในปี 2008 (ลิงค์เป็นภาษาอังกฤษ)หลังยังคงตรงเวลาในสถานะต้นแบบ ด้วยเหตุผลทางการเงินมากขึ้นการยอมรับการพัฒนา (และซื้อ!) ของเครื่องจักรใหม่เนื่องจากเหตุผลของความสัมพันธ์ทางการเมืองระหว่างยักษ์ใหญ่ทั้งสามที่เป็น Intel, Samsung และTSMC หลังกลัวพลังของอีกสองคน (ลิงก์เป็นภาษาอังกฤษ)- แต่นั่นเป็นเรื่องที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง และของเราจะพาเราไปสู่หัวใจของสเต็ปเปอร์"สแกนเนอร์" เหล่านี้ที่วาดชิปของเราโดยใช้เคมี ... และแสง

-อันที่จริงมีขนาดโหลเวเฟอร์ซึ่งอยู่ในช่วง 25.4 มม. ถึง 300 มม.

🔴อย่าพลาดข่าว 01NET ใด ๆ ติดตามเราที่Google NewsETWhatsapp-