Uloga kristalnog silicijusa u proizvodnji stakla i poluprovodnika

Kristalizirani silicijum kao sirovina visoke čistoće za posebno staklo

Zašto se ±-kvarc prah preferira za rastopljeni kvarc i UV-prenosnu optiku

Materijal za proizvodnju rastopljenog kvarca i UV-transmitirajuće optike je ±-kvarc prah zbog svoje kristalne strukture koja je gotovo savršena, nevjerojatna otpornost na toplinu, i nevjerojatno niski nivo nečistoća. Ova stvar ostaje čvrsta čak i kada temperature dostignu preko 1600 stupnjeva Celzijusa, što omogućuje stvaranje rastopljenog kvarca koji se gotovo ne širi kada se zagrije. Što je više, obično ima manje od 50 dijelova na milijun metalne zagađivače ukupno. Kontaminacija željezom je posebno problematična jer čak i male količine oko 5 ppm apsorbiraju UV svjetlost, smanjujući učinkovitost prijenosa negdje između 10 i 15 posto prema nedavnim studijama Društva za optičke materijale. Redoviti raspored atoma u karcinu također znači da ne postaje stakleno ili maglovito tijekom tih intenzivnih procesa zagrijavanja, čuvajući optiku jasnom i ravnomjernom tijekom cijelog procesa. Amorfna kremenovita priča drugačiju priču jer ima tendenciju da formira male kristale unutar kada je podvrgnuta toplinskom stresu, uzrokujući neželjeno raspršivanje svjetlosti.

Uticaj raspodjele veličine čestica i sadržaja tragova metala na homogenost topljenja

U skladu s tim, u proizvodnji posebnog stakla dosljedno ponašanje topljenja ovisi o čvrsto kontroliranim fizičkim i kemijskim svojstvima praha kristalne silice. Optimalne specifikacije uključuju:

• Približna raspodjela veličine čestica (D90 < 40 μm) za jednaku apsorpciju toplote
• Sferični oblik , minimiziranje praznina tijekom sintriranja
• Udio alkalnih metala u sub-ppm , sprečava fluktuacije viskoznosti topljenja

U slučaju da se veličina čestica razlikuje za više od 15% u različitim serijama, to stvara neujednačene obrasce grijanja koji dovode do vidljivih strijacija i zarobljenih plinova u konačnom proizvodu. Ako razina aluminija pređe 20 dijelova na milijun, toplina postaje 12% deblja što utječe na obradu. Kalcijumni kontaminanti su još gori jer potiču rast kristalita, što nitko ne želi jer slabi strukturu materijala. Većina ozbiljnih proizvođača oslanja se na laserske testove difrakcije zajedno s ICP-MS opremom za provjeru svih ovih specifikacija. Takve kontrole kvalitete su ključne za održavanje dosljednih rezultata potrebnih za izradu preciznih dijelova za proizvodnju poluprovodnika i skupih optičkih komponenti gdje male varijacije mogu značiti velike probleme.

Kristalni silicijum u proizvodnji poluprovodnika: od sirovine za toplinsko oksidaciju do maski otpornih na crteže

Kontrolirana pretvaranja kristalnog silicijevog praha u visoko kvalitetan SiOâ dielektrični sloj

U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, proizvođač može upotrebljavati proizvod za proizvodnju električnih vozila koji se upotrebljavaju u proizvodnji električnih vozila. Kada se izloži okruženju bogatom kisikom pri temperaturama iznad 900 stupnjeva Celzijusa, ovaj prah se pretvara u vrlo jednake dielektrične slojeve SiO2 na silicijumskim obločicama. Kako bi ovaj postupak funkcionirao ispravno, prah mora imati konzistentnu veličinu čestica i izuzetno nisku razinu metala u tragovima (pod dijelove na milijun). Čak i sitne količine kontaminacije mogu stvoriti električne probleme u oksidima vrata, što na kraju utječe na pouzdanost tranzistora tijekom vremena. Moderna proizvodna postrojenja koriste sustav za praćenje plinova u stvarnom vremenu kako bi se održavali pravi uvjeti oksidacije. Ovi sustavi pomažu postići mjerenja jednakih debljina unutar plus ili minus 2 posto preko tih velikih 300 mm oblaka. Takva precizna kontrola čini da današnji logički čipovi i memorijski moduli imaju tako dobre performanse i osigurava proizvođačima dobar prinos iz svojih proizvodnih redova.

Uloga u CMP-u i fotomaske za naprednu litografiju čvorova

Kemijska mehanička planarizacija, ili CMP kako se obično naziva, oslanja se na suspenzije napravljene od sitnih čestica kristalnog silicija da stvori površine koje su nevjerojatno ravne na atomskom nivou. To je posebno važno pri proizvodnji naprednih poluprovodničkih uređaja poput 3D NAND memorijskih čipova i onih pod-5 nanometarskih FinFET struktura o kojima toliko čujemo. Materijal dobro radi jer je dovoljno težak za brušenje, ali ima okrugli oblik koji sprečava oštećenje osjetljivih slojeva koji se poliraju. U međuvremenu, isti silika prah visoke čistoće se koristi u drugoj ključnoj primjeni. Kada se spoji, postaje osnovni materijal za fotomaske u proizvodnji čipova. Ove maske moraju prolaziti gotovo svu ultraljubičastu svjetlost na 193 nanometara, zadržavajući svoj oblik čak i nakon ponovljenih ciklusa grijanja i hlađenja. Ova kombinacija optičke jasnoće i stabilnosti znači da proizvođači mogu održavati izuzetno precizne uzorke tijekom ekstremnih ultraviola litografskih procesa, gdje bi svaki ciklus izlaganja inače riskirao iskrivljanje mikroskopskih karakteristika koje pokušavaju stvoriti.

Okvir za odabir materijala: Kada kristalni silicijum-prah nadmašuje amorfne alternative

Izbor između kristalnog i amorfnog silicija zapravo se svodi na to kakve svojstva su najvažnija za određenu primjenu. Uzmimo kristalni silicijum prah, posebno alfa kvarc, koji daje mnogo bolju strukturnu predvidljivost kada stvari postaju vruće. Zato je tako važno za procese kao što su toplinska oksidacija i proizvodnja posebnog stakla, gdje imaju jedinstvene slojeve i stabilne faze čini sve razliku u tome kako dobro uređaji rade. Redovna mrežasti struktura znači da možemo računati na dosljedno ponašanje topljenja i otpornost na preobražavanje u staklo iz tekućeg stanja. S druge strane, amorfna silicija bolje se nosi s toplotnim udarima, ali ne nudi iste predvidljive promjene faze ili čvrstu kontrolu kontaminanta. Kada se prema specifikacijama zahtijevaju tragovi metala ispod 5 dijelova na milijun ili veličine čestica manjih od 10 mikrona, kristalne opcije imaju tendenciju raditi bolje jer proizvode manje defekata tijekom reakcija. Na kraju dana, biranje jednog materijala nad drugim je o teženju koliko je kritična precizna obrada u odnosu na koliko napora materijal mora izdržati.

U skladu s člankom 3. stavkom 1.

OSHA PEL-ovi, inženjerske kontrole i prašno praćenje u stvarnom vremenu u postrojenjima s velikim prolaznim kapacitetom

Kristalni silicijum prah predstavlja ozbiljan rizik za zdravlje pluća, zbog čega ga regulatorni organi tako pažljivo prate. Uprava za sigurnost i zdravlje na radu određuje granicu od 50 mikrograma po kubnom metru za dišuće čestice koje sadrže kristalnu siliciju, što znači da tvornice trebaju čvrste mjere sigurnosti. Većina postrojenja počinje s inženjerskim rješenjima. Razmislite o stvarima poput snažnih izduvnih sustava koji odvlače prašinu od radnika, ili održavanje materijala vlažnim tijekom obrade kako bi se smanjili čestice u zraku. U postrojenjima za proizvodnju poluprovodnika gdje se prašina brzo nakuplja, postoje uređaji za kontinuirano praćenje koji u stvarnom vremenu prate broj čestica. Ovi sustavi će se isključiti kada se razine približe upozorenju od 25 mikrograma po kubnom metru. Neke ustanove također analiziraju kako se zrak kreće kroz svoje prostorije, prilagođavajući zaštite kako se radovi mijenjaju tijekom vremena. To pomaže u smanjenju slučajeva silikosije, a istovremeno održava glatko funkcioniranje proizvodnje bez stalnih prekida.