Gwneir wafferi silicon o grisial sengl o silicon pur iawn, fel arfer gyda llai nag un rhan fesul biliwn o halogion. Y broses Czochralski yw'r dull mwyaf cyffredin o ffurfio crisialau mawr o'r purdeb hwn, sy'n golygu tynnu grisial hadau o silicon tawdd, a elwir yn gyffredin yn doddi. Yna caiff y grisial hadau ei ffurfio'n ingot silindrog a elwir yn boule.
Gellir ychwanegu elfennau fel boron a ffosfforws at y boule mewn meintiau manwl gywir i reoli priodweddau trydanol y wafer, yn gyffredinol at ddiben ei wneud yn lled-ddargludydd math n neu p-math. Yna caiff y boule ei dorri'n dafelli tenau gyda llif gwifren a elwir hefyd yn llif waffer. Gall y wafferi wedi'u torri gael eu caboli i raddau amrywiol.
Ar gyfer beth mae Wafferi Silicon yn cael ei Ddefnyddio?
Mae wafer silicon yn sleisen denau o silicon crisialog a ddefnyddir yn gyffredin yn y diwydiant electroneg. Defnyddir silicon at y diben hwn oherwydd ei fod yn lled-ddargludydd, sy'n golygu nad yw'n ddargludydd cryf nac yn ynysydd trydan cryf. Mae ei helaethrwydd naturiol a phriodweddau eraill yn gyffredinol yn gwneud silicon yn well na lled-ddargludyddion eraill fel germaniwm ar gyfer gwneud wafferi.
Mae dimensiynau mwyaf cyffredin wafferi silicon yn dibynnu ar eu cymhwysiad. Mae'r wafferi a ddefnyddir mewn ICs yn grwn gyda diamedrau fel arfer yn amrywio o 100 i 300 milimetr (mm). Mae'r trwch yn gyffredinol yn cynyddu gyda'r diamedr ac fel arfer mae yn yr ystod o 525 i 775 micron (μm). Mae'r wafferi mewn celloedd solar fel arfer yn sgwâr gydag ochrau yn mesur 100 i 200 mm. Mae eu trwch rhwng 200 a 300 μm, er y disgwylir i hyn gael ei safoni i 160 μm yn y dyfodol agos.
Cylchedau Integredig
Mae IC, a elwir hefyd yn ficrosglodyn neu sglodyn yn unig, yn set o gylchedau electronig sydd wedi'u gosod yn swbstrad o ddeunydd lled-ddargludol. Ar hyn o bryd silicon monocrystalline yw'r swbstrad mwyaf cyffredin ar gyfer ICs, er bod gallium arsenide yn cael ei ddefnyddio mewn rhai cymwysiadau megis dyfeisiau cyfathrebu di-wifr. Mae wafferi wedi'u gwneud o aloion silicon-germaniwm hefyd yn cael eu defnyddio'n ehangach, yn nodweddiadol mewn cymwysiadau lle mae cyflymder uwch silicon-germaniwm yn werth y gost uwch.
Ar hyn o bryd, defnyddir ICs yn y rhan fwyaf o ddyfeisiau electronig, ar ôl disodli cydrannau electronig ar wahân fwy neu lai. Maent yn llai, yn gyflymach ac yn rhatach i'w cynhyrchu na chydrannau arwahanol yn ôl maint. Mae mabwysiadu cyflym ICs yn y diwydiant electroneg hefyd oherwydd dyluniad modiwlaidd ICs, sy'n hawdd ei roi ei hun ar gyfer cynhyrchu màs.
Datblygir yr haenau hyn mewn modd tebyg i ffotograffau arferol ac eithrio bod golau uwchfioled yn cael ei ddefnyddio yn hytrach na golau gweladwy gan fod tonfeddi golau gweladwy yn rhy fawr i greu nodweddion gyda'r manylder angenrheidiol. Mae nodweddion IC modern mor fach fel bod yn rhaid i beirianwyr proses ddefnyddio microsgopau electron i'w dadfygio.
Gwneuthuriad IC
Mae offer profi awtomataidd (ATE) yn profi pob afrlladen cyn ei ddefnyddio i wneud IC, sef proses a elwir yn gyffredin yn stilio wafferi neu'n profi wafferi. Yna caiff y wafer ei dorri'n ddarnau hirsgwar o'r enw marw ac yna ei gysylltu â phecyn electronig trwy wifrau dargludol trydanol, sydd fel arfer wedi'u gwneud o aur neu alwminiwm. Mae'r gwifrau hyn wedi'u bondio i badiau sydd fel arfer wedi'u lleoli o amgylch ymyl y marw gan ddefnyddio uwchsain mewn proses o'r enw bondio thermosonig.
Mae'r dyfeisiau canlyniadol yn cael eu profi'n derfynol, sydd fel arfer yn defnyddio offer sganio ATE ac offer sganio tomograffeg gyfrifiadurol ddiwydiannol (CT). Mae cost gymharol profi yn amrywio'n fawr yn ôl cynnyrch, maint a chost y ddyfais. Er enghraifft, gall profion gyfrif am dros 25% o gyfanswm costau gweithgynhyrchu dyfeisiau rhad, ond gall fod bron yn ddibwys ar gyfer dyfeisiau mawr, drud gyda chynnyrch isel.
Technegau
Mae gwneuthuriad ICs yn broses hynod awtomataidd sy'n defnyddio llawer o dechnegau penodol. Mae'r galluoedd hyn yn gyrru cost uchel adeiladu cyfleuster saernïo, a all fod yn fwy na $8 biliwn o 2016. Disgwylir i'r gost hon gynyddu'n llawer cyflymach na chwyddiant oherwydd yr angen parhaus am fwy o awtomeiddio.
Bydd y duedd tuag at transistorau llai yn parhau hyd y gellir rhagweld, gyda 14 nm o'r radd flaenaf yn 2016. Disgwylir i weithgynhyrchwyr IC megis Intel, Samsung, Global Foundries a TSMC ddechrau'r newid i transistorau 10 nm erbyn diwedd 2017 .
Mae wafferi mawr yn darparu economi maint, sy'n lleihau cyfanswm cost ICs. Mae'r wafferi mwyaf sydd ar gael yn fasnachol yn 300 mm mewn diamedr, a disgwylir mai 450 mm fydd y maint mwyaf nesaf. Fodd bynnag, mae heriau technegol sylweddol yn bodoli o hyd ar gyfer gwneud wafferi o'r maint hwn.
Mae technegau ychwanegol a ddefnyddir wrth saernïo ICs yn cynnwys transistorau tri-giât, y mae Intel wedi'u cynhyrchu gyda lled o 22 nm ers 2011. Mae IBM yn defnyddio proses a elwir yn silicon straen yn uniongyrchol ar ynysydd (SSDOI), sy'n tynnu'r haen silicon-germaniwm o afrlladen.
Mae copr yn disodli rhyng-gysylltiadau alwminiwm mewn ICs, yn bennaf oherwydd ei ddargludedd trydanol mwy. Mae inswleiddwyr deuelectrig K Isel ac Ynysyddion Silicon (SOIs) hefyd yn dechnegau gweithgynhyrchu uwch ar gyfer ICs.
Adnoddau Eraill Ynghylch Lled-ddargludyddion
Termau a Diffiniadau Wafferi Sylfaenol
Torri Si Wafferi Oddi ar yr Echel
Dyodiad Ocsigen yn Silicon
Priodweddau Gwydr fel Cysylltiedig â Chymwysiadau â Silicon
Canllaw i Fanylebau SEMI ar gyfer Si Wafferi
Ysgythru a Glanhau Cemegol Gwlyb o Silicon
Celloedd Solar
Mae cell solar yn defnyddio'r effaith ffotofoltäig i drosi ynni golau yn ynni trydanol, sydd yn gyffredinol yn cynnwys amsugno golau gan rywfaint o ddeunydd i gyffroi electronau i gyflwr ynni uwch. Mae'n fath o gell ffotodrydanol, dyfais sy'n newid ei nodweddion trydanol pan fydd yn agored i olau. Gall celloedd solar ddefnyddio golau o unrhyw ffynhonnell, er bod y term "solar" yn awgrymu bod angen golau haul arnynt.
Cynhyrchu trydan fel ffynhonnell ynni yw un o'r cymwysiadau mwyaf adnabyddus ar gyfer celloedd solar. Mae'r mathau hyn o gelloedd solar yn defnyddio ffynhonnell golau i wefru batri, y gellir ei ddefnyddio i bweru dyfais drydanol.
Mae celloedd solar yn aml yn cael eu hintegreiddio i'r ddyfais y bwriedir iddynt bweru. Er enghraifft, mae'r goleuadau pŵer solar sydd ar gael yn gyffredin mewn siopau gwella cartrefi yn defnyddio celloedd solar i wefru batri yn ystod y dydd. Yn y nos, mae'r batri yn pweru synhwyrydd symud sy'n troi'r golau ymlaen pan fydd yn canfod mudiant.
Gellir dosbarthu celloedd solar yn fathau o genhedlaeth gyntaf, ail a thrydedd genhedlaeth. Mae celloedd cenhedlaeth gyntaf yn cynnwys silicon crisialog, gan gynnwys silicon monocrystalline a polysilicon. Ar hyn o bryd dyma'r math mwyaf cyffredin o gell solar. Mae celloedd ail genhedlaeth yn defnyddio ffilm denau sy'n cynnwys silicon amorffaidd ac fe'i defnyddir yn nodweddiadol mewn gorsafoedd pŵer masnachol. Mae celloedd solar trydydd cenhedlaeth yn defnyddio ffilm denau a ddatblygwyd gydag amrywiaeth o dechnolegau sy'n dod i'r amlwg ac ar hyn o bryd mae ganddynt gymwysiadau masnachol cyfyngedig.
Gwneuthuriad Cell Solar
Mae mwyafrif helaeth cell solar cenhedlaeth gyntaf yn cynnwys silicon crisialog, er bod ei ansawdd a'i phurdeb strwythurol ymhell islaw'r hyn a ddefnyddir mewn ICs. Mae silicon monocrystalline yn trosi golau yn drydan yn fwy effeithlon na polysilicon, ond mae silicon monocrystalline hefyd yn ddrutach.
Mae'r wafferi'n cael eu torri'n sgwariau i ffurfio celloedd unigol, ac yna mae eu corneli'n cael eu torri i ffurfio octagonau. Mae'r siâp hwn yn rhoi golwg unigryw tebyg i ddiamwnt i baneli solar. Rhaid i'r celloedd sy'n ffurfio panel solar i gyd gael eu cyfeirio ar hyd yr un awyren i wneud y mwyaf o effeithlonrwydd trosi. Mae'r paneli fel arfer wedi'u gorchuddio â dalen o wydr ar yr ochr sy'n wynebu'r haul i amddiffyn y wafferi.
Gellir cysylltu celloedd solar mewn cyfres neu gyfochrog, yn dibynnu ar ofynion penodol. Mae cysylltu'r celloedd mewn cyfres yn cynyddu eu foltedd tra bod eu cysylltu yn gyfochrog yn cynyddu'r cerrynt. Anfantais sylfaenol llinynnau cyfochrog yw y gall effeithiau cysgod achosi i'r llinynnau cysgodol gau, a all achosi i'r llinynnau wedi'u goleuo gymhwyso gogwydd gwrthdro i'r llinynnau cysgodol. Gall yr effaith hon arwain at golli pŵer sylweddol a hyd yn oed niwed i'r celloedd.
Yr ateb a ffefrir i'r broblem hon yw cysylltu llinynnau o gelloedd mewn cyfres i ffurfio modiwlau a defnyddio tracwyr pwynt pŵer uchaf (MPPTs) i drin gofynion pŵer y llinynnau yn annibynnol ar ei gilydd. Fodd bynnag, gellir cydgysylltu'r modiwlau hefyd i ffurfio arae gyda'r cerrynt llwytho a ddymunir a'r foltedd brig. Ateb arall i'r problemau a achosir gan effeithiau cysgod yw defnyddio deuodau siyntio i leihau colli pŵer.
Cynnydd Maint
Mae'r duedd tuag at boules mwy yn y diwydiant lled-ddargludyddion wedi arwain at gynnydd ym maint celloedd solar. Mae'r paneli solar a ddatblygwyd yn yr 1980au wedi'u gwneud o gelloedd â diamedr rhwng 50 a 100 mm. Roedd paneli a wnaed yn ystod y 1990au a'r 2000au fel arfer yn defnyddio wafferi â diamedr o 125 mm, ac mae gan baneli a wnaed ers 2008 gelloedd 156 mm.
Y Defnydd O Wafferi Silicon
Defnyddir wafferi silicon amlaf fel y swbstrad ar gyfer cylchedau integredig (ICs), er eu bod hefyd yn elfen bwysig mewn celloedd ffotofoltäig, neu solar. Mae'r broses sylfaenol o wneud y wafferi hyn yr un peth ar gyfer y ddau gais hyn, er bod y gofynion ansawdd yn llawer uwch ar gyfer y wafferi a ddefnyddir mewn ICs. Mae'r wafferi hyn hefyd yn mynd trwy gamau ychwanegol megis mewnblannu ïon, ysgythru a phatrymu ffotolithograffig, nad oes eu hangen ar gyfer celloedd solar.
