Wafel krzemowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
2-, 4-, 6- i 8-calowy wafel
Wafel krzemowy po obróbce mikroelektronicznej

Wafel krzemowy (nazwy plaster lub podłoże są również używane) – cienki plaster monokrystalicznego krzemu, używany do wytwarzania czipów krzemowych (mikroprocesorów, mikrokontrolerów i innych układów scalonych), ogniw słonecznych oraz innych mikrourządzeń (np. mikrosystemów).

W literaturze anglojęzycznej, używa się odpowiednio terminów „wafer” (wafel), „slice” (plaster) i „substrate” (podłoże).

Wafel jest podstawowym materiałem wyjściowym w mikroelektronice. W celu uzyskania z niego określonych elementów półprzewodnikowych poddawany jest on wielu procesom technologicznym, między innymi domieszkowaniu, implementacji jonów i fotolitografii.

Tworzenie krzemowego podłoża[edytuj | edytuj kod]

Wafle są wytwarzane z wałków bardzo czystego (99,9999%), niemalże wolnego od defektów, krystalicznego krzemu[1].

Walec krzemowy jest cięty na warstwy za pomocą diamentowego ostrza, a uzyskane płytki są polerowane aż do osiągnięcia idealnej czystości i gładkości[2] w przypadku zastosowania ich w układach scalonych, lub teksturowane – w przypadku użycia ich jako ogniw. Rozmiary wafli stosowanych jako ogniwa fotowoltaiczne to kwadraty o boku 100–200 mm i grubości 200–300 μm; w przyszłości standardem mają być wafle grubości 160 μm[3]. W elektronice używa się wafli o średnicy 100–300 mm, a w niedalekiej przyszłości nawet 450 mm[4].

Tak uzyskany wafel może być następnie domieszkowany celem uzyskania pożądanych właściwości elektrycznych.

Procesy obróbki wafli[edytuj | edytuj kod]

Wafle są czyszczone przy użyciu słabego kwasu w celu usunięcia zbędnych cząsteczek lub naprawienia uszkodzeń powstałych podczas przecinania. W przypadku ogniw słonecznych są one następnie teksturowane dla wytworzenia nierównej powierzchni, aby zwiększyć ich efektywność. W końcu podczas wytrawiania jest usuwane szkło fosforo-krzemowe, które tworzy się na brzegach wafli podczas procesu krystalizacji[5]. Jeśli mają być one użyte jako podłoże dla układów scalonych, to płytki są polerowane aż do osiągnięcia idealnej czystości i gładkości, by następnie być poddane procesowi nanoszenia struktury układu scalonego zwykle przy pomocy fotolitografii.

Charakterystyka wafli[edytuj | edytuj kod]

Typowe rozmiary[edytuj | edytuj kod]

Wafle krzemowe są dostępne w zakresie rozmiarów od 25,4 mm (jeden cal) do 300 mm (11,8 cala)[6]. Fabryki półprzewodników są często charakteryzowane przez rozmiary wafli, jakie są w stanie wyprodukować. Ciągłe zwiększanie rozmiarów zwiększa efektywność i redukuje koszty produkcji, obecnie jako standard przyjmuje się 300 mm (ok. 12 cali), następnym przewidywanym jest rozmiar 450 mm (ok. 18 cali)[7][8]. Dean Freeman, analityk z Gartner Inc., przewidywał, że taka fabryka powstanie w okresie między 2017 a 2019 rokiem[9].

27 sierpnia 2011 roku, z kapitałem 4,4 mld dolarów, Intel, TSMC, Samsung, IBM i GlobalFoundries stworzyły konsorcjum, by wspólnie ponieść ogromne koszty opracowania nowej technologii[10]. W styczniu 2013 r. Intel prezentuje pierwszy wafel krzemowy o średnicy 450 mm[11], lecz już rok później oświadcza, że będzie (ze względu na kryzys w branży komputerowej) wykorzystywał wafle 300 mm aż do 2023 r. Najnowszą technologię wprowadzi dopiero wraz z nową fotolitografią EUV (Extreme UltraVilot) i procesem wytwórczym 7 nm[4], mimo że pierwsza fabryka Fab42 została zbudowana już w 2014 r.[12]

Kolejno stosowane rozmiary wafli:

  • 1 cal
  • 2 cale (50,8 mm), grubość 275 µm.
  • 3 cale (76,2 mm), grubość 375 µm.
  • 4 cale (100 mm), grubość 525 µm.
  • 5 cali (127 mm) lub 125 mm (4,9 cala), grubość 625 µm.
  • 150 mm (5,9 cala, zwykle określany mianem „6-calowego”), grubość 675 µm.
  • 200 mm (7,9 cala, zwykle określany mianem „8-calowego”), grubość 725 µm.
  • 300 mm (11,8 cala, zwykle określany mianem „12-calowego” lub też „wafel pizza”), grubość 775 µm.
  • 450 mm (18 cali), grubość 925 µm (oczekiwana)[13].

Przypisy