Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 4 Technologie výroby polovodičů Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK... 2 1.1 VÝROBA MONOKRYSTALU... 2 1.2 VÝROBA SI DESEK... 3 1.3 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá technologii výroby polovodičů. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Technologie výroby polovodičových součástek Křemíková deska je základním materiálem pro výrobu polovodičových součástek (dioda, tranzistor, tyristor a další. Součástky jsou používány v mnoha oblastech elektroniky, jako jsou výpočetní technika, telekomunikace, automobilový průmysl, spotřební elektronika, domácí elektrospotřebiče a další. Obrázek 1 - prvky vodivosti P a N V čisté podobě se křemík v přírodě nevyskytuje, setkáváme se pouze s jeho sloučeninami. Křemík tvoří základní složku velké většiny hornin tvořících zemskou kůru (žuly, pískovcové horniny, jíly a další). K nejvýznamnějším zástupcům minerálů křemíku patří křemičitany, křemen (oxid křemičitý SiO 2 ). Obrázek 2 - křišťál Vhodné vlastnosti pro polovodičové součástky má křemík pouze tehdy, když jsou atomy v celém objemu čipu uspořádány přesně podle krystalové mřížky. Takovému uspořádání říkáme monokrystal. 1.1 Výroba monokrystalu Celý proces výroby začíná těžbou křemenného písku (SiO 2 ). Monokrystal křemíku se vyrábí metodou tažení. Na tyč se uchytí zárodek monokrystalu křemíku, ten se ponoří do kelímku s roztaveným křemíkem a pomalu za otočného pohybu kelímku a tyče s monokrystalem se vytahuje směrem nahoru. Tímto způsobem se vytáhne tyč o délce až 1metr 2
s průměrem až 100mm nebo 150mm. Konce tvaru kužele se odřežou a vrací se zpět do výroby. Obrázek 3 - hotové monokrystaly (ingoty) 1.2 Výroba Si desek 1. Broušení Si krystalu na požadovaný průměr Tyč monokrystalického Si (ingot) nemá nikdy přesný průměr po celé délce, proto se musí zbrousit na přesně požadovaný průměr. Originální průměr krystalu je tedy o několik mm větší než požadovaný. 2. Řezání fasetovaného Si krystalu na plátky Řezání se provádí diamantovou pilou rychlostí asi 1 mm/s. Plátek o průměru 100 mm se uřeže asi za 100 s. 3. Broušení nařezaných Si plátků Povrch Si plátků je velmi hrubý a narušený po řezání. Proto se plátky brousí na obou stranách a po okrajích. Cílem je dosažení jemnějšího povrchu a rovinnosti Si plátku. 4. Čištění a leštění povrchu Si plátků Čištění se provádí leptáním ve směsi kyseliny dusičné a kyseliny fluorovodíkové, kde se odleptají nečistoty. Cílem je dosažení zrcadlově lesklého povrchu, bez škrábanců. Operace se provádí leštící pastou na základě velmi jemného prášku oxidu hlinitého. Výsledným produktem jsou křemíkové leštěné desky vyráběné z Czochralského metodou připraveného monokrystalu křemíku o průměru 100 a 150mm. Obrázek 4 - křemíková leštěná deska 1.3 Kontrolní otázky 1. Který prvek se nejčastěji používá pro výrobu polovodičových součástek? 2. Co je to Monokrystal? 3. Popište výrobu Si desek. 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - PRVKY VODIVOSTI P A N... 2 OBRÁZEK 2 - KŘIŠŤÁL... 2 OBRÁZEK 3 - HOTOVÉ MONOKRYSTALY (INGOTY)... 3 OBRÁZEK 4 - KŘEMÍKOVÁ LEŠTĚNÁ DESKA... 3 6