Mikä on puolijohde?
Puolijohdelaite on elektroninen komponentti, joka käyttää sähköjohtavuutta, mutta siinä on piirteitä, jotka ovat johtimen, esimerkiksi kuparin ja eristimen, kuten lasin, välissä. Nämä laitteet käyttävät kiinteän tilan sähköjohtoa, toisin kuin kaasumaisessa tilassa tai termionisessa emissiossa tyhjössä, ja ne ovat korvanneet tyhjiöputket useimmissa nykyaikaisissa sovelluksissa.
Puolijohteiden yleisin käyttö on integroiduissa piirisiruissa. Nykyaikaiset laskentalaitteemme, mukaan lukien matkapuhelimet ja tabletit, saattavat sisältää miljardeja pieniä puolijohteita, jotka on liitetty yksittäisiin siruihin, jotka kaikki on kytketty yhteen puolijohde -kiekkoon.
Puolijohteen johtavuutta voidaan manipuloida monin tavoin, esimerkiksi ottamalla käyttöön sähkö- tai magneettikenttä, altistamalla se valolle tai lämmölle tai johtuen seostetun monokiteisen piin ruudukon mekaanisesta muodonmuutoksesta. Vaikka tekninen selitys on melko yksityiskohtainen, puolijohteiden manipulointi on se, mikä on mahdollistanut nykyisen digitaalisen vallankumouksemme.
Kuinka alumiinia käytetään puolijohteissa?
Alumiinilla on monia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä ensisijaisen valinnan puolijohteissa ja mikrosiruissa. Esimerkiksi alumiinilla on erinomainen tarttuminen piisidioksidiin, joka on puolijohteiden tärkeä komponentti (tässä Piilaaksossa sai nimensä). Se on sähköiset ominaisuudet, nimittäin se, että sillä on alhainen sähkövastus ja se tekee erinomaisesta kosketuksesta lanka -sidoksiin, ovat toinen alumiinin hyöty. Tärkeää on myös, että alumiinia on helppo rakentaa kuivissa syövytysprosesseissa, mikä on ratkaiseva vaihe puolijohteiden valmistuksessa. Vaikka muut metallit, kuten kupari ja hopea, tarjoavat parempaa korroosionkestävyyttä ja sähköistä sitkeyttä, ne ovat myös paljon kalliimpia kuin alumiini.
Yksi yleisimmistä alumiinisovelluksista puolijohteiden valmistuksessa on ruiskutustekniikan prosessissa. Korkeusmetallien ja piin nanopaksuuksien ohut kerros mikroprosessorin kiekkoissa suoritetaan fyysisen höyryn laskeutumisen avulla, joka tunnetaan nimellä sputtering. Materiaali poistetaan kohteesta ja kerrostetaan piidakerrokseen tyhjiökammioon, joka on täytetty kaasulla toimenpiteen helpottamiseksi; yleensä inertti kaasu, kuten argon.
Näiden kohteiden taustalevyt on valmistettu alumiinista, joissa on korkea puhtaus materiaalit, kuten tantaali, kupari, titaani, volframi tai 99,9999% puhdasta alumiinia, sitoutuneena niiden pintaan. Substraatin johtavan pinnan fotoelektrinen tai kemiallinen etsaus luo puolijohteen toiminnassa käytetyt mikroskooppiset piirikuviot.
Puolijohteiden prosessoinnin yleisin alumiiniseos on 6061. Seoksen parhaan suorituskyvyn varmistamiseksi yleensä metallin pintaan sovelletaan suojaava anodisoitu kerros, joka lisää korroosionkestävyyttä.
Koska ne ovat niin tarkkoja laitteita, korroosiota ja muita ongelmia on tarkkailtava tiiviisti. Useiden tekijöiden on havaittu edistävän korroosiota puolijohdelaitteissa, esimerkiksi pakkaamalla ne muoviin.