MIKÄ ON PUOLIJOHDIN?
Puolijohdelaite on elektroninen komponentti, joka hyödyntää sähkönjohtavuutta, mutta jolla on ominaisuuksia, jotka ovat johtimen, esimerkiksi kuparin, ja eristeen, kuten lasin, välillä. Nämä laitteet käyttävät sähkönjohtavuutta kiinteässä tilassa kaasumaisen olomuodon tai termionisen emission sijaan tyhjiössä, ja ne ovat korvanneet tyhjiöputket useimmissa nykyaikaisissa sovelluksissa.
Puolijohteita käytetään yleisimmin integroitujen piirien siruissa. Nykyaikaiset tietokonelaitteemme, kuten matkapuhelimet ja tabletit, saattavat sisältää miljardeja pieniä puolijohteita, jotka on liitetty yhteen siruun ja jotka kaikki on kytketty toisiinsa yhdelle puolijohdekiekolle.
Puolijohteen johtavuutta voidaan manipuloida useilla tavoilla, kuten sähkö- tai magneettikentän avulla, altistamalla se valolle tai lämmölle tai seostetun monokiteisen piiverkon mekaanisella muodonmuutoksella. Vaikka tekninen selitys on melko yksityiskohtainen, puolijohteiden manipulointi on mahdollistanut nykyisen digitaalisen vallankumouksemme.
MITEN ALUMIINIA KÄYTETÄÄN PUOLIJOHTEISISSA?
Alumiinilla on monia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä ensisijaisen valinnan puolijohteissa ja mikrosiruissa käytettäväksi. Esimerkiksi alumiinilla on erinomainen tarttuvuus piidioksidiin, joka on puolijohteiden tärkeä komponentti (tästä Piilaakso sai nimensä). Sen sähköiset ominaisuudet, nimittäin alhainen sähköinen resistanssi ja erinomainen kontakti lankaliitoksiin, ovat alumiinin toinen etu. Tärkeää on myös se, että alumiinia on helppo strukturoida kuivaetsausprosesseilla, mikä on ratkaiseva vaihe puolijohteiden valmistuksessa. Vaikka muut metallit, kuten kupari ja hopea, tarjoavat paremman korroosionkestävyyden ja sähköisen sitkeyden, ne ovat myös paljon kalliimpia kuin alumiini.
Yksi yleisimmistä alumiinin käyttösovelluksista puolijohteiden valmistuksessa on sputterointitekniikka. Mikroprosessorilevyjen nanopaksuisten, erittäin puhtaiden metallien ja piin ohut kerrostaminen tapahtuu fyysisellä höyrypinnoitusprosessilla, joka tunnetaan nimellä sputterointi. Materiaali ruiskutetaan kohteesta ja kerrostetaan piisubstraattikerrokselle tyhjiökammiossa, joka on täytetty kaasulla toimenpiteen helpottamiseksi; yleensä inertillä kaasulla, kuten argonilla.
Näiden maalien taustalevyt on valmistettu alumiinista, ja niiden pintaan on kiinnitetty erittäin puhtaita pinnoitusmateriaaleja, kuten tantaalia, kuparia, titaania, volframia tai 99,9999 % puhdasta alumiinia. Substraatin johtavan pinnan fotoelektrinen tai kemiallinen etsaus luo puolijohteen toiminnassa käytettävät mikroskooppiset piirikuviot.
Yleisin alumiiniseos puolijohteiden prosessoinnissa on 6061. Seoksen parhaan suorituskyvyn varmistamiseksi metallin pinnalle levitetään yleensä suojaava anodisoitu kerros, joka parantaa korroosionkestävyyttä.
Koska ne ovat niin tarkkoja laitteita, korroosiota ja muita ongelmia on seurattava tarkasti. Useiden puolijohdelaitteiden korroosioon vaikuttavien tekijöiden on havaittu vaikuttavan esimerkiksi niiden pakkaamiseen muoviin.