Зашто се 80% чипова производи на силицијумским плочицама?

Данас видимо да се више од 80% чипова производи од силицијумских плочица, а не од данас популарних материјала као што су силицијум карбид, галијум арсенид, галијум нитрид, итд. Зашто је то тако?
Критеријуми за избор материјала

0040-02544 Горњи део тела, Дпс Метал
Постоји неколико главних фактора које треба узети у обзир при избору материјала који ће се користити за производњу чипа: Електронска својства: Материјал мора имати добре полупроводничке особине које могу ефикасно контролисати кретање електрона. Кристална структура: Материјали морају имати висококвалитетну монокристалну структуру како би се смањили дефекти и побољшале перформансе чипа. Цена: Цена материјала мора бити релативно ниска за масовну производњу. Обрадивост: Материјали морају бити лаки за обраду и припрему, као и да се могу прилагодити постојећим производним процесима. Термичка стабилност: Материјали морају бити у стању да издрже промене у перформансама на високим температурама током производње.

Разлог зашто је силицијум материјал избора
715-031986-005 Хсг Лвр Реакциона комора
2.1 Својства полупроводника
Силицијум је одличан полупроводнички материјал са размаком појаса од 1,12 еВ, који је умерен и погодан за рад већине електронских уређаја. Силицијум такође има добру покретљивост електрона и покретљивост рупа, што га чини погодним за производњу чипова високих перформанси.

2.2 Кристална структура

0020-33806 Дпс горње коморе + поли
Силицијум се може користити за производњу висококвалитетних монокристала великих димензија процесима као што су метода Чохралског и метода зонског топљења. Кристална структура силикона је савршена, а дефекти решетке су мали, што је погодно за производњу интегрисаних кола високих перформанси.

2.3 Цост
Силицијум је други најзаступљенији елемент у земљиној кори (око 26,7%), а његова сировина (кварц) је веома богата и јефтина. У поређењу са другим полупроводничким материјалима као што су галијум арсенид (ГаАс) и силицијум карбид (СиЦ), трошкови екстракције и припреме силицијума су знатно нижи.

2.4 Обрадивост
Силицијум има добру механичку чврстоћу и хемијску стабилност, што му омогућава да издржи сложене производне процесе. Постојећи процеси производње полупроводника (литографија, дифузија, јонска имплантација, итд.) су развијени на бази силицијумских материјала, тако да је технологија обраде силицијумских плочица зрела и јефтина.

2.5 Термичка стабилност

Силицијум има одличну стабилност на високим температурама, способан да одржи своју кристалну структуру и својства стабилна на температурама до 1100 степени. Ово омогућава силицијуму да се прилагоди потребама високотемпературних процеса у савременој производњи чипова.

Изазови са другим материјалима
Иако други материјали као што су галијум арсенид (ГаАс), силицијум карбид (СиЦ) и галијум нитрид (ГаН) такође имају одличне полупроводничке особине, они представљају неке изазове у погледу цене, обрадивости, термичке стабилности итд.:
Галијум арсенид (ГаАс): висока покретљивост електрона, али крхкост, висока цена производње и тешко припремити монокристале велике величине.

Силицијум карбид (СиЦ): Широки појас за апликације на високим температурама и високим притиском, али је тешко узгајати кристале и скупо је.

Галијум нитрид (ГаН): Има одлична електронска својства и термичку стабилност, али је материјал сложен за синтезу и скуп.

У ствари, силицијум као полупроводнички материјал има многе предности, укључујући добре полупроводничке особине, висококвалитетну кристалну структуру, ниску цену, зрелу технологију обраде и одличну термичку стабилност. Ови фактори чине силицијум изборним материјалом за прављење чипова, иако други материјали такође имају своје јединствене предности у специфичним областима примене.