TẠI SAO ĐA SỐ MẠCH ĐIỆN TÍCH HỢP
ĐỀU ĐƯỢC LÀM TỪ SILIC?
Ngày nay, lõi của mạch điện tích hợp dùng trong máy tính và đa số các thiết bị điện tử khác đều được làm từ silic đơn tinh thể. Silic trong công nghiệp vi điện tử hiện nay rất được coi trọng (đặc biệt là công nghiệp mạch điện tích hợp với quy mô lớn), được sử dụng rộng rãi, tại sao lại như vậy?
Silic là một trong những nguyên tố có hàm lượng cao trong vỏ trái đất, tức hàm lượng chỉ xếp sau oxy, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên khoáng vật và nham thạch. Do vậy, giá của nguyên liệu silic đơn tinh thể rẻ hơn rất nhiều so với các nguyên liệu bán dẫn khác (ví dụ như gali asen hóa, indi và gecman phốt pho hóa), thuận lợi cho việc giảm giá thành sản phẩm. Chỉ có điều, silic luôn tồn tại trong giới tự nhiên dưới hình thức hợp chất, do vậy cần thiết phải thông qua phản ứng chọn lọc mới có thể tạo ra được silic có độ thuần khiết cao. Cùng với kỹ thuật điều chế đơn tinh thể và silic thuần khiết ngày càng thành thục, sử dụng số lượng lớn silic đã trở thành hiện thực, Silic có tính nhiệt ổn định và tính ổn định hóa học rất tốt. Trong quá trình chế tạo mạch điện tích hợp, cần thiết phải qua quá trình xử lý, nhiệt độ thường lên tới 900oC hoặc cao hơn nữa. Gali asen hóa và các thể bán dẫn hợp chất khác trong quá trình này dễ phát sinh phân giải, nhưng silic đơn tinh thể có thể chịu được nhiệt độ 1200oC, thậm chí còn cao hơn nữa mà vẫn giữ được tính năng của nó. Ngoài ra, silic còn có đặc tính pha trộn rất tốt. Khi sử dụng nguyên liệu bán dẫn làm mạch điện hợp thành và các linh kiện điện tử khác, cần thiết phải cho các tạp chất với nồng độ khác nhau vào để điều tiết tính năng điện khí. Đặc tính pha trộn của silic có tính chống chế tương đối tốt, thông qua việc cho vào một số lượng nhất định nguyên tử phốt pho hay nguyên tử borum, có thể điều tiết tính năng điện hóa của silic trong phạm vi tương đối rộng, thỏa mãn đầy đủ nhu cầu thiết kế mạch điện.
Silic trong nền công nghiệp mạch điện tích hợp với quy mô cực lớn đóng một vai trò chính còn có một lý do khác, đó là bề mặt silic có thể hình thành lớp chất môi giới silic oxyt có tính năng cách điện rất cao. Bằng biện pháp cho tấm silic vào khí oxy hay trong hơi nước và gia nhiệt, có thể hình thành lớp silic oxit dầy hàng mm, mỏng đến vài phần nghìn mm trên bề mặt silic.
Lớp silic oxyt được hình thành như thế này vô cùng mịn, có tính năng điện khí ưu việt khác thường, và có thể phối hợp hết sức ăn ý với lớp silic đơn tinh thể ở dưới, về cơ bản không thể sản sinh dòng điện sống trên bề mặt tiếp xúc. Lớp silic oxyt này trong công nghiệp vi điện tử phát huy được tác dụng vô cùng quan trọng, không gì sánh nổi, trong các nguyên liệu bán dẫn khác, vẫn chưa tìm thấy một lớp chất môi giới cách điện tương ứng, có thể đạt tới chỉ số đặc biệt của điện khí ưu việt và diện tích mặt tiếp xúc mà silic oxit và họ silic vốn có. Do vậy, cho dù là nguyên liệu gali asen hóa có tính năng cao tần và tính năng quang điện tốt hơn silic, nhưng trong giới hạn quy mô của công nghiệp mạch điện hợp thành, thì hiện nay, nguyên liệu silic vẫn đứng đầu bảng.
