Hi
Eigendlich wollte ich zuerst versuchen den Feldeffekttransistor zu erläutern, aber ich werde zuerst mal versuche zu erklären wie ein Prozessor hergestellt wird.
Monokristallin, Polykristallin und Armoph sind hier erklärt.
https://www.computerbase.de/forum/threads/soi-und-strained-silicon.65233/
Es begint mit der Herstellung der Wafer.
Die Waferherstellung begint mit Quarzsand. Dieser Quarzsand besteht Hauptsächlich aus SiO2. Dieser Quarzsand wird mit Kohlenstoff reduziert. Dieser Vorgang verbraucht extrem viel strom, da das Silizium unter einer Kohlenstoffkathode geschmolzen wird.
SiO2 + C -> Si + CO2
Das ist die vereinfachte chemische Formel.
Das Entstandene Silizium hat eine Reinheit von ca. 98%. Das ist noch sehr weit davon entfernt was man braucht
Im zweiten Schritt wird das Silizium chemisch gereinigt. Das Silizium wird mit Chlor zu Siliziumtetrachlorid verbunden.
Si + 2Cl2 -> SiCl4
Dieses Siliziumtetrachlorid kann man nun sehr einfach destilieren. Später wird das
Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff wieder reduziert.
SiCl4 + 2H2 -> Si + 4Hcl
Jetzt hat man extrem reines polykristallines Silizium (fast 100%). Für die Waferherstellung ist aber noch reineres monokristallines Silizium nötig. Die schwierigkeit liegt darin ein monokristallinen block herzustellen, dafür gibt es 2 weit verbreitete Verfahren.
1. Das Floating Zone verfahren.
Das Floating Zone Verfahren habe ich selber nicht komplett verstanden. Deshalb nur kurz erwähnt.Dieses Verfahren geht bis ca. 150mm Wafer. Erzeugt aber auch sehr viel reinere Wafer.
Diese Wafer werden hauptsächlich für hochspannung-halbleiter benötigt, weil durch die sehr hohe reinheit auch das undotierte Silizium einen sehr hohen wiederstand hat (leckströme und so).
2. Kristallziehen nach Czochralski
Dieses Verfahren erzeugt bestimmt 90% aller Wafer (ist geschätzt von mir, wer bessere zahlen hat soll sich melden
In einen Quarztigel wird Silizium geschmolzen (über 1400°C). Jetzt wird ein impfkristall in die schmelze getaucht. Dieser Impfkristall bestitzt die gewünscht kristallausrichtung.
Jetzt wird dieser Impfkristall langsam aus der schmelze gezogen das Silizium was sich jetzt am Impfkristall befindet richtet sich genauso aus wie der Impfkristall.
Die rausziehgeschwindigkeit und die Temperatur bestimmen den durchmesser des gezogenen Kristalles.
Das Kristallziehen nach Czochralski ist schon eine Kunst wie Abkühlgeschwindigkeit, die Ziehgeschwindigkeit, die Rotation und vieles mehr bestimmen die qualität des Kristalls.
wenn man zu schnell zieht entstehen fehlstellen, wenn man zu langsam zieht häufen sich die verunreinigungen. Es gibt kein richtiges optimum also da wo beides nicht vorkommt. man kann es nur so gut wie möglich einstellen
Einkristalle gleich monokritalline Kristalle. In der Natur gibt es keine so großen reinen Einkristalle. Diese Teile an sich sind schon Wunder der Technik
Die Einkristalle die aus beiden verfahren kommen werden in scheiben geschnitten und poliert.
Nur noch ein beispiel was man so macht damit eine seite sehr wenig fehler aufweist. Die Rückseite der Wafer wird angeraut, da sich dann fehlstellen in richtung der rückseite bewegen.
Jetzt hat man die Wafer.
Im zweiten Teil kommen wir zum Frontend. das mache ich demnächst.
Eigendlich wollte ich zuerst versuchen den Feldeffekttransistor zu erläutern, aber ich werde zuerst mal versuche zu erklären wie ein Prozessor hergestellt wird.
Monokristallin, Polykristallin und Armoph sind hier erklärt.
https://www.computerbase.de/forum/threads/soi-und-strained-silicon.65233/
Es begint mit der Herstellung der Wafer.
Die Waferherstellung begint mit Quarzsand. Dieser Quarzsand besteht Hauptsächlich aus SiO2. Dieser Quarzsand wird mit Kohlenstoff reduziert. Dieser Vorgang verbraucht extrem viel strom, da das Silizium unter einer Kohlenstoffkathode geschmolzen wird.
SiO2 + C -> Si + CO2
Das ist die vereinfachte chemische Formel.
Das Entstandene Silizium hat eine Reinheit von ca. 98%. Das ist noch sehr weit davon entfernt was man braucht
Im zweiten Schritt wird das Silizium chemisch gereinigt. Das Silizium wird mit Chlor zu Siliziumtetrachlorid verbunden.
Si + 2Cl2 -> SiCl4
Dieses Siliziumtetrachlorid kann man nun sehr einfach destilieren. Später wird das
Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff wieder reduziert.
SiCl4 + 2H2 -> Si + 4Hcl
Jetzt hat man extrem reines polykristallines Silizium (fast 100%). Für die Waferherstellung ist aber noch reineres monokristallines Silizium nötig. Die schwierigkeit liegt darin ein monokristallinen block herzustellen, dafür gibt es 2 weit verbreitete Verfahren.
1. Das Floating Zone verfahren.
Das Floating Zone Verfahren habe ich selber nicht komplett verstanden. Deshalb nur kurz erwähnt.Dieses Verfahren geht bis ca. 150mm Wafer. Erzeugt aber auch sehr viel reinere Wafer.
Diese Wafer werden hauptsächlich für hochspannung-halbleiter benötigt, weil durch die sehr hohe reinheit auch das undotierte Silizium einen sehr hohen wiederstand hat (leckströme und so).
2. Kristallziehen nach Czochralski
Dieses Verfahren erzeugt bestimmt 90% aller Wafer (ist geschätzt von mir, wer bessere zahlen hat soll sich melden
In einen Quarztigel wird Silizium geschmolzen (über 1400°C). Jetzt wird ein impfkristall in die schmelze getaucht. Dieser Impfkristall bestitzt die gewünscht kristallausrichtung.
Jetzt wird dieser Impfkristall langsam aus der schmelze gezogen das Silizium was sich jetzt am Impfkristall befindet richtet sich genauso aus wie der Impfkristall.
Die rausziehgeschwindigkeit und die Temperatur bestimmen den durchmesser des gezogenen Kristalles.
Das Kristallziehen nach Czochralski ist schon eine Kunst
wie Abkühlgeschwindigkeit, die Ziehgeschwindigkeit, die Rotation und vieles mehr bestimmen die qualität des Kristalls. wenn man zu schnell zieht entstehen fehlstellen, wenn man zu langsam zieht häufen sich die verunreinigungen. Es gibt kein richtiges optimum also da wo beides nicht vorkommt. man kann es nur so gut wie möglich einstellen
Einkristalle gleich monokritalline Kristalle. In der Natur gibt es keine so großen reinen Einkristalle. Diese Teile an sich sind schon Wunder der Technik
Die Einkristalle die aus beiden verfahren kommen werden in scheiben geschnitten und poliert.
Nur noch ein beispiel was man so macht damit eine seite sehr wenig fehler aufweist. Die Rückseite der Wafer wird angeraut, da sich dann fehlstellen in richtung der rückseite bewegen.
Jetzt hat man die Wafer.
Im zweiten Teil kommen wir zum Frontend. das mache ich demnächst.
