Termillä 'elektroniikka' voit liittää monia asioita, etenkin elektronisten piirilevyjen komponentit kuten transistorit, diodit, IC: t ja niin edelleen. Jos olet täysin tietoinen näistä komponenteista, sinun on oltava tietoinen myös näiden komponenttien valmistuksessa vallitsevasta piin käytöstä.

Piin käyttö

Mikä on pii?

Pii on puolijohdemateriaali, jonka atomiluku on 14 ja joka sijaitsee jaksollisen järjestelmän ryhmässä 4. Puhdasta amorfista piitä valmisti ensin Jones Jacob Berzelius vuonna 1824, kun taas kiteistä piitä valmisti ensin Henry Etienne vuonna 1854.

Mitä puolijohteet ovat?

Puolijohteet ovat vain materiaaleja, joilla on puhtaassa muodossa olevat eristysominaisuudet ja johtavat ominaisuudet seostettuna tai epäpuhtauksien kanssa lisättynä. Puolijohteissa on yleensä kaistaväli (energia, joka tarvitaan elektronien irtoamiseen kovalenttisesta sidoksesta) eristeiden (suurin kaistaväli) ja johtimien (pienin kaistaväli) välillä. Puolijohteiden johtuminen tai varauksen virtaus johtuu vapaiden elektronien tai reikien liikkumisesta.

Jos olet perehtynyt jaksolliseen taulukkoon, sinun on oltava tietoinen jaksollisen taulukon ryhmistä. Puolijohdemateriaaleja on yleensä läsnä jaksollisen taulukon ryhmässä 4 tai niitä esiintyy myös ryhmän 3 ja ryhmän 6 yhdistelmänä tai myös ryhmän 2 ja ryhmän 4 yhdistelmänä. Yleisimmin käytetyt puolijohteet ovat pii, germaanium ja gallium-arsenidi.

Joten mikä tekee piistä suosituimman puolijohdemateriaalin elektroniikassa?

Seuraavat ovat tärkeimmät syyt:

1. Piin runsaasti

Tärkein ja merkittävin syy piin suosioon valituksi materiaaliksi on sen runsas määrä. Seuraavaksi happipitoisuus, joka on noin 46% maankuoressa, pii muodostaa noin 28% maankuoresta. Se on laajalti saatavana hiekan (piidioksidin) ja kvartsin muodossa.

Piin runsaus luonnossa

2. Piin valmistus

Piikiekot, joita käytetään IC: n ja elektroniset komponentit valmistetaan tehokkailla ja taloudellisilla tekniikoilla. Puhdas pii tai polypii saadaan seuraavilla vaiheilla:

Kvartsi saatetaan reagoimaan koksin kanssa metallurgisen piin tuottamiseksi sähköuunissa.
Metallurginen pii sitten muunnetaan trikloorisilaaniin (TCS) leijukerrosreaktoreissa.
Sen jälkeen TCS puhdistetaan tislaamalla ja hajotetaan sitten vedessä yhdessä kuumissa piifilamenteissa reaktorissa. Lopuksi tuloksena on poly-piitanko.

Sitten poly-piin sauva kiteytetään Czochralski-menetelmällä piikiteiden tai harkkojen saamiseksi. Nämä harkot leikataan lopulta kiekkoiksi ID-leikkaus- tai lankaleikkausmenetelmillä.

Piin valmistus

Kaikki edellä mainitut prosessit helpottavat vaaditun halkaisijan, orientaation, johtavuuden, seostamispitoisuuden ja happikonsentraation saavuttamista, joita tarvitaan piikiekkojen valmistukseen.

3. Kemialliset ominaisuudet

Kemiallisilla ominaisuuksilla tarkoitetaan niitä ominaisuuksia, joille materiaalien reaktio muiden kanssa on määritelty. Kemialliset ominaisuudet riippuvat suoraan elementin atomirakenteesta. Kiteinen pii, jota käytetään enimmäkseen elektroniikassa, koostuu timanttimaisesta rakenteesta. Jokainen yksikkö solu koostuu 8 atomista a bravais ristikko järjestely. Tämä tekee puhtaasta piistä erittäin stabiilin huoneenlämmössä verrattuna muihin materiaaleihin, kuten germaanium.
Siten puhtaaseen piiin vaikuttaa vähiten vesi, happo tai höyry. Lisäksi korkeassa lämpötilassa sulassa tilassa pii muodostaa helposti oksideja ja nitridejä ja jopa seoksia.

4. Piirakenne

Piin fysikaaliset ominaisuudet vaikuttavat myös sen suosioon ja käyttöön puolijohdemateriaalina.

“painetun piirilevyn tyypit ”

Piirakenne

Piillä on kohtalainen energiakaistaväli, 1,12 eV, 0 K. Vastavirta on nanoampeereissa ja on hyvin matala.
Piin kiteinen rakenne koostuu kasvopohjaisesta kuutiomaisesta ristikkorakenteesta, jonka pakkaustiheys on 34%. Tämä mahdollistaa epäpuhtauksien atomien helpon korvaamisen hilan tyhjissä paikoissa. Toisin sanoen dopingpitoisuus on melko korkea, noin 10 ^ 21atomia / cm ^ 3.

Tämä lisää myös mahdollisuutta lisätä epäpuhtauksia, kuten happea, interstitiaaliatomeina kidehilan sisällä. Tämä antaa vohvelille voimakkaan mekaanisen lujuuden erityyppisiä rasituksia vastaan, kuten terminen, mekaaninen tai painovoima.

Piidiodien eteenpäin suuntautuva jännite on 0,7 V, mikä on korkeampi verrattuna Germanium-diodeihin. Tämä tekee niistä vakaampia ja parantaa piin käyttöä tasasuuntaajina.

5. Piidioksidi

Viimeinen mutta ei vähäisin syy piin valtavaan suosioon on se, että se muodostaa oksideja. Piidioksidi on yleisimmin käytetty eristin IC-tekniikassa sen erittäin vakaan kemiallisen luonteen vuoksi verrattuna muihin oksideihin, kuten germanium, joka on vesiliukoinen ja hajoaa 800 celsiusasteen lämpötilassa.

Piidioksidi

“DC -moottorin nopeussäätimen piirikaavio ”

Piidioksidia voidaan kasvattaa termisesti käyttämällä happea piikiekkojen päällä korkeammassa lämpötilassa tai kerrostamalla silaanilla ja hapella.

Piidioksidia käytetään:

IC: n valmistustekniikoissa, kuten syövytys, diffuusio, ionin implantointi jne.
Julkaisussa Dielectrics for electronic devices.
Erittäin ohut kerros MOS- ja CMOS-laitteille. Tämä on lisännyt CMOS-laitteiden, joilla on suuri tuloimpedanssi, suosiota.
3D-laitteissa MEMs-tekniikka .

Joten nämä ovat tärkeimmät syyt piin käytön lisääntymiseen elektroniikassa. Toivomme, että sinulla on jo nyt selkeä käsitys ja sopiva perustelu siitä, miksi piitä käytetään puolijohdemateriaalina elektroniikkaan perustuvien projektien kehittämisessä. Tässä on yksinkertainen mutta kiehtova kysymys sinulle: Miksi piitä ei käytetä LEDeissä ja valodiodeissa?

Valokuvahyvitykset: