Graniitti on ollut yleisesti käytetty materiaali puolijohdeteollisuudessa erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa, lämmönkestävyytensä ja alhaisen lämpölaajenemiskertoimensa ansiosta. Jatkuvasti kasvavan tarkkuuden ja tuottavuuden kysynnän myötä vaihtoehtoiset materiaalit ovat kuitenkin nousseet esiin varteenotettavina vaihtoehdoina puolijohdelaitteiden komponenttien valmistuksessa. Tässä artikkelissa tutkimme joitakin vaihtoehtoisia materiaaleja graniittiosille puolijohdelaitteissa ja vertailemme niiden etuja ja haittoja.
Vaihtoehtoiset materiaalit graniittiosille
1. Lasikeraamiset materiaalit
Lasikeraamiset materiaalit, kuten Zerodur ja Cervit, ovat saavuttaneet laajan käytön puolijohdeteollisuudessa alhaisen lämpölaajenemiskertoimensa ansiosta, joka on lähellä piin lämpölaajenemiskerrointa. Tämän seurauksena nämä materiaalit voivat tarjota paremman lämpöstabiilisuuden ja parantaa tarkkuutta puolijohteiden valmistusprosessissa. Erityisesti Zerodurilla on korkea homogeenisuus- ja stabiilisuusaste, minkä ansiosta se soveltuu litografialaitteiden valmistukseen.
Edut:
- Alhainen lämpölaajenemiskerroin
- Korkea tarkkuus ja vakaus
- Sopii korkean lämpötilan sovelluksiin
Haittoja:
- Korkeammat kustannukset verrattuna graniittiin
- Suhteellisen hauras, voi aiheuttaa haasteita työstössä ja käsittelyssä
2. Keramiikka
Keraamisilla materiaaleilla, kuten alumiinioksidilla (Al2O3), piikarbidilla (SiC) ja piinitridillä (Si3N4), on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, korkean lämpötilan kestävyys ja alhainen lämpölaajenemiskerroin. Nämä ominaisuudet tekevät keramiikasta ihanteellisen puolijohdelaitteiden osille, jotka vaativat suurta lämpöstabiilisuutta ja tarkkuutta, kuten kiekkovaiheille ja istukoille.
Edut:
- Korkea lämmönkestävyys ja lujuus
- Alhainen lämpölaajenemiskerroin
- Korkea kulutuskestävyys ja kemiallinen inerttiys
Haittoja:
- Voi olla hauras ja halkeileva, erityisesti koneistuksen ja käsittelyn aikana
- Keramiikan työstö ja kiillotus voi olla haastavaa ja aikaa vievää
3. Metallit
Metallipohjaisia materiaaleja, kuten ruostumatonta terästä ja titaania, on käytetty joissakin puolijohdelaitteiden osissa niiden erinomaisen työstettävyyden ja suuren lujuuden vuoksi. Niitä käytetään yleisesti sovelluksissa, joissa ei vaadita korkeaa lämpöstabiilisuutta, kuten kammio-osissa, kytkimissä ja läpivienneissä.
Edut:
- Hyvä työstettävyys ja hitsattavuus
- Korkea lujuus ja sitkeys
- Edullisempi verrattuna joihinkin vaihtoehtoisiin materiaaleihin
Haittoja:
- Korkea lämpölaajenemiskerroin
- Ei sovellu korkeisiin lämpötiloihin lämpölaajenemisongelmien vuoksi
- Altis korroosiolle ja likaantumiselle
Johtopäätös:
Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka graniitti on ollut suosittu valinta puolijohdelaitteiden osissa, on ilmaantunut vaihtoehtoisia materiaaleja, joilla kullakin on ainutlaatuisia etuja ja haittoja. Lasikeraamiset materiaalit ovat erittäin tarkkoja ja stabiileja, mutta ne voivat olla hauraita. Keraamit ovat vahvoja ja niillä on erinomainen lämmönkestävyys, mutta ne voivat olla myös hauraita, mikä tekee niiden valmistuksesta haastavampaa. Metallit ovat edullisia, koneistettavia ja sitkeitä, mutta niillä on suurempi lämpölaajenemiskerroin ja ne ovat alttiita korroosiolle ja kontaminaatiolle. Puolijohdelaitteiden materiaaleja valittaessa on tärkeää ottaa huomioon sovelluksen erityisvaatimukset ja valita materiaalit, jotka tasapainottavat kustannuksia, suorituskykyä ja luotettavuutta.
Julkaisun aika: 19.3.2024