Τι είναι ένας ημιαγωγός;
Μια συσκευή ημιαγωγού είναι ένα ηλεκτρονικό συστατικό που χρησιμοποιεί ηλεκτρική αγωγιμότητα, αλλά έχει χαρακτηριστικά που βρίσκονται ανάμεσα σε εκείνο ενός αγωγού, για παράδειγμα χαλκού και ενός μονωτή, όπως το γυαλί. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν ηλεκτρική αγωγιμότητα στην στερεά κατάσταση σε αντίθεση με την αέρια κατάσταση ή τη θερμιονική εκπομπή σε κενό και έχουν αντικαταστήσει τους σωλήνες κενού στις περισσότερες σύγχρονες εφαρμογές.
Η πιο συνηθισμένη χρήση των ημιαγωγών είναι σε ενσωματωμένα τσιπ κυκλώματος. Οι σύγχρονες υπολογιστικές μας συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των κινητών τηλεφώνων και των δισκίων, ενδέχεται να περιέχουν δισεκατομμύρια μικροσκοπικούς ημιαγωγούς που εντάχθηκαν σε ενιαίες μάρκες που διασυνδέονται σε ένα μόνο πλακίδιο ημιαγωγών.
Η αγωγιμότητα ενός ημιαγωγού μπορεί να χειριστεί με διάφορους τρόπους, όπως με την εισαγωγή ενός ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου, εκθέτοντας το σε φως ή θερμότητα ή λόγω της μηχανικής παραμόρφωσης ενός δοχείου μονοκρυσταλλικού πλέγματος πυριτίου. Ενώ η τεχνική εξήγηση είναι αρκετά λεπτομερής, ο χειρισμός των ημιαγωγών είναι αυτό που έχει κάνει την τρέχουσα ψηφιακή μας επανάσταση δυνατή.
Πώς χρησιμοποιείται το αλουμίνιο σε ημιαγωγούς;
Το αλουμίνιο έχει πολλές ιδιότητες που το καθιστούν πρωταρχική επιλογή για χρήση σε ημιαγωγούς και μικροτσίπ. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο έχει ανώτερη προσκόλληση στο διοξείδιο του πυριτίου, ένα κύριο συστατικό των ημιαγωγών (αυτό είναι όπου η Silicon Valley πήρε το όνομά του). Είναι ηλεκτρικές ιδιότητες, δηλαδή ότι έχει χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση και κάνει άριστη επαφή με δεσμούς σύρματος, είναι ένα άλλο πλεονέκτημα του αλουμινίου. Επίσης σημαντικό είναι ότι είναι εύκολο να δομηθεί το αλουμίνιο σε διαδικασίες ξηρού χάραξης, ένα κρίσιμο βήμα για την κατασκευή ημιαγωγών. Ενώ άλλα μέταλλα, όπως ο χαλκός και το ασήμι, προσφέρουν καλύτερη αντοχή στη διάβρωση και ηλεκτρική σκληρότητα, είναι επίσης πολύ πιο ακριβά από το αλουμίνιο.
Μία από τις πιο διαδεδομένες εφαρμογές για αλουμίνιο στην κατασκευή ημιαγωγών βρίσκεται στη διαδικασία της τεχνολογίας ψεκασμού. Η λεπτή στρώση των πάχους νανο-νανο-πάχους των μετάλλων υψηλής καθαρότητας και του πυριτίου σε γκοφρέτες μικροεπεξεργαστή επιτυγχάνεται μέσω μιας διαδικασίας φυσικής εναπόθεσης ατμών γνωστή ως ψεκασμό. Το υλικό εκτοξεύεται από έναν στόχο και εναποτίθεται σε ένα στρώμα πυριτίου υποστρώματος σε ένα θάλαμο κενού που έχει γεμίσει με αέριο για να διευκολύνει τη διαδικασία. Συνήθως ένα αδρανές αέριο όπως το Argon.
Οι πλάκες υποστήριξης για αυτούς τους στόχους είναι κατασκευασμένες από αλουμίνιο με υλικά υψηλής καθαρότητας για εναπόθεση, όπως ταντάλιο, χαλκός, τιτάνιο, βολφράμιο ή 99,9999% καθαρό αλουμίνιο, συνδεδεμένο με την επιφάνεια τους. Η φωτοηλεκτρική ή χημική χάραξη της αγώγιμης επιφάνειας του υποστρώματος δημιουργεί τα πρότυπα μικροσκοπικών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται στη λειτουργία του ημιαγωγού.
Το πιο συνηθισμένο κράμα αλουμινίου στην επεξεργασία ημιαγωγών είναι 6061. Για να εξασφαλιστεί η καλύτερη απόδοση του κράματος, γενικά ένα προστατευτικό ανοδιωμένο στρώμα θα εφαρμοστεί στην επιφάνεια του μετάλλου, το οποίο θα ενισχύσει την αντίσταση στη διάβρωση.
Επειδή είναι τόσο ακριβείς συσκευές, η διάβρωση και άλλα προβλήματα πρέπει να παρακολουθούνται στενά. Διάφοροι παράγοντες έχουν βρεθεί ότι συμβάλλουν στη διάβρωση σε συσκευές ημιαγωγών, για παράδειγμα τη συσκευασία τους σε πλαστικό.