ویفر (الکترونیک)
در الکترونیک، ویفر (به انگلیسی: wafer) که گاهی برش یا زیرلایه نیز نامیده می‌شود، یک برش نازک از یک نیم‌رسانا مانند سیلیکون بلورین است که در ساخت تراشه‌های الکترونیکی و در فتوولتائیک برای ساخت سلول‌های خورشیدی کاربرد دارد. از این ویفرها در میکروابزارهای الکترونیکی به عنوان یک زیرلایه استفاده می‌شود به گونه‌ای که این میکروابزارها درون و روی ویفرها ساخته می‌شوند یا بسیاری فرایندهای زیرساختی مانند آلایش، کاشت یون، طرح‌نگاری نوری و… بر روی آنها انجام می‌شود. این ویفرها سپس توسط فرایند «برش ویفر» یا «ویفر دایسینگ» برش خورده و تراشه‌ها از هم جدا می‌شوند.
چندین گونه از سلول‌های خورشیدی هم از این ویفرها ساخته شده‌اند. در ویفرهای خورشیدی، یک سلول خورشیدی که بیشتر چهارگوش است، تمام ویفر را دربر می‌گیرد.
ساخت
- همچنین ببینید: شمش
ویفرها از مواد تک-کریستالی بی‌اندازه خالص (با درصد خلوص ۹۹٫۹۹۹۹۹۹۹٪) و تقریباً کاملا بدون نقص ساخته می‌شوند. یکی از فرایندهای ساخت ویفرها، فرایند چکرالسکی است که نخستین بار از سوی شیمیدان لهستانی یان چکرالسکی پیشنهاد شد. در این فرایند یک شمش کریستالی نیم‌رسانای تک-بلوری فوق‌العاده خالص، مانند سیلیکون یا ژرمانیم، که بلورین (به انگلیسی: Boule) نامیده می‌شود، با بیرون کشیدن یک بذر بلور از داخل ظرف حاوی مواد مذاب آن ماده بدست می‌آید. برخی اتم‌های ناخالصی مانند بور یا فسفر را هم می‌توان در اندازه‌های بسیار دقیق به داخل مذاب افزود تا به این ترتیب با آلایش سیلیکون، ساختار ماده را دگرگون کرد و به نیم‌رسانای n و نیم‌رسانای p رسید.
پس از آن شمش بدست آمده را با کمک ارّهٔ سیمی، برش و سپس پولیشکاری و جلا می‌دهند تا به شکل دلخواه درآید. اندازهٔ ویفرها برای کاربرد فتوولتاییک میان ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر (مربعی) و ضخامت آنها ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرومتر است. البته قرار است که در آینده ضخامت ۱۶۰ میکرومتر، ضخامت استاندارد تعیین گردد. در الکترونیک از ویفرهایی به قطر ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌متر بهره برده می‌شود. بزرگ‌ترین ویفر ساخته شده تاکنون ۴۵۰ میلی‌متر قطر داشته که هنوز به خط تولید نرسیده‌است.
پاکسازی، الگوی زبری (texturing) و زُدایش
سطح ویفرها را با کمک اسیدهای ضعیف پاکسازی می‌کنند تا ذرات ناخواسته را از سطح آن بزدایند یا آسیب‌های پدید آمده در سطح آن در هنگام فرایند بُرش را بهبود بخشند. هنگامی که قرار باشد این ویفرها در سول‌های خورشیدی بکار روند، بر روی ویفرها، نوعی طرح یا الگوی زبری تکراری (به انگلیسی: texture) ایجاد می‌کنند تا بازدهی آنها بالا رود. شیشه فسفوسیلیکات شکل گرفته در لبه‌ها (که معمولاً PSG نامیده می‌شود)، با استفاده از فرایند زدایش (که نوعی فرایند لایه برداری به کمک مواد شیمیایی است) حذف می‌شود.
ویژگی‌ها
اندازهٔ استاندارد ویفرها
ویفرهای سیلیکونی در قطرهای مختلفی از ۲۵٫۴ میلی‌متر (یک اینچ) تا ۳۰۰ میلی‌متر (۱۱٫۸ اینچ) ساخته می‌شوند. تولیدگاه‌های ساخت نیم‌رساناها که بیشتر اوقات فَب نامیده می‌شوند، بر اساس قطر ویفری که توانایی ساخت آن را دارند و تجهیزات آنها مختص ساخت آن قطر می‌باشد، دسته‌بندی می‌شوند. با گذر زمان پهنای ویفرهای تولیدی بیشتر شده‌است تا بازدهی بالا رود و هزینه‌های ساخت کم شود. تاکنون بیشترین قطر ویفرهای ساخته شده ۳۰۰ میلی‌متر (۱۲ اینچ) بوده‌است که قرار است در آینده این مقدار به ۴۵۰ میلی‌متر (۱۸ اینچ) برسد. شرکت‌هایی چون اینتل، تی‌اس‌ام‌سی و سامسونگ هر یک جداگانه بر روی این مسئله سرمایه‌گذاری کرده‌اند و گروه‌های پژوهشی مختلفی راه انداخته‌اند تا «نمونه اولیه یا پروتوتایپ» ویفر۴۵۰ میلیمتری را هر چه سریعتر بسازند. البته هنوز مانع‌های زیادی پیش پای آنان است و به نظر می‌رسد این اتفاق به این زودی ممکن نخواهد شد.
بازهٔ قطر ویفرها به قرار زیر است:
- ۲۵ mm یا ۱-اینچ
- ۵۱ mm یا ۲-اینچ با ضخامت ۲۷۵ میکرومتر.
- ۷۶ mm یا ۳-اینچ با ضخامت ۳۷۵ میکرومتر.
- ۱۰۰ mm یا ۴-اینچ با ضخامت ۵۲۵ میکرومتر.
- ۱۳۰ mm یا ۵-اینچ یا ۱۲۵ mm یا ۴٫۹-اینچ با ضخامت ۶۲۵ میکرومتر.
- ۱۵۰ mm یا ۵٫۹-اینچ که بیشتر ۶-اینچ گفته می‌شود. با ضخامت ۶۷۵ میکرومتر.
- ۲۰۰ mm یا ۷٫۹-اینچ که بیشتر ۸-اینچ گفته می‌شود. با ضخامت ۷۲۵ میکرومتر.
- ۳۰۰ mm یا ۱۱٫۸-اینچ که بیشتر ۱۲-اینچ گفته می‌شود. با ضخامت ۷۷۵ میکرومتر.
- ۴۵۰ mm یا ۱۸-اینچ با ضخامت ۹۲۵ میکرومتر (مورد انتظار).
فرض بر این است که ضخامت ویفر چنان باشد که بتواند بار وزن خود را بکشد و در طول کار ترک نخورد. همچنین ویفرهایی که غیر از سیلیکون از مواد دیگری هم ساخته شده‌اند به دلیل همین مسئلهٔ ترک می‌توانند هم قطر ویفری باشند اما ضخامتی متفاوت داشته باشند.
منابع
- ↑ "Wafer (electronics)". Wikipedia (به انگلیسی). 2019-05-28.
- ↑ Laplante, Phillip A. (2005). "Wafer". Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering (2nd ed.). Boca Raton: CRC Press. p. 739. ISBN 978-0-8493-3086-5.
- ↑ SemiSource 2006: A supplement to Semiconductor International. December 2005. Reference Section: How to Make a Chip. Adapted from Design News. Reed Electronics Group.
- ↑ Levy, Roland Albert (1989). Microelectronic Materials and Processes. pp. ۱–۲. ISBN 0-7923-0154-4. Retrieved 2008-02-23.
- ↑ Grovenor, C. (1989). Microelectronic Materials. CRC Press. pp. 113–123. ISBN 0-85274-270-3. Retrieved 2008-02-25.
- ↑ Nishi, Yoshio (2000). Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology. CRC Press. pp. ۶۷–۷۱. ISBN 0-8247-8783-8. Retrieved 2008-02-25.
- ↑ «نسخه آرشیو شده». بایگانی‌شده از اصلی در ۴ فوریه ۲۰۰۹. دریافت‌شده در ۲ سپتامبر ۲۰۱۲.
- ↑ «نسخه آرشیو شده». بایگانی‌شده از اصلی در ۴ فوریه ۲۰۰۹. دریافت‌شده در ۱ سپتامبر ۲۰۱۲.
- ↑ "Silicon Wafer". Archived from the original on 20 February 2008. Retrieved 2008-02-23.
- ↑ Intel, Samsung, TSMC reach agreement about 450mm tech
- ↑ Presentations/PDF/FEP.pdf ITRS Presentation (PDF)
- ↑ «450mm silicon wafers aren't happening any time soon as major consortium collapses - ExtremeTech». www.extremetech.com. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۶-۰۶.
- ↑ «Industry Agrees on first 450-mm wafer standard - EETimes.com». بایگانی‌شده از اصلی در ۸ فوریه ۲۰۱۳. دریافت‌شده در ۳ سپتامبر ۲۰۱۲.
- ویکی‌پدیای انگلیسی