Warum werden 80 % der Chips auf Siliziumwafern hergestellt?

Wir sehen heute, dass mehr als 80 % der Chips aus Siliziumwafern hergestellt werden und nicht aus den heute beliebten Materialien wie Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid usw. Warum ist das so?
Auswahlkriterien für Materialien

0040-02544 Oberkörper, DPS-Metall
Bei der Auswahl eines Materials zur Herstellung eines Chips sind mehrere Hauptfaktoren zu berücksichtigen: Elektronische Eigenschaften: Das Material muss über gute Halbleitereigenschaften verfügen, die die Bewegung von Elektronen effektiv steuern können. Kristallstruktur: Materialien müssen eine hochwertige Einkristallstruktur aufweisen, um Defekte zu reduzieren und die Leistung des Chips zu verbessern. Kosten: Für die Massenproduktion müssen die Materialkosten relativ niedrig sein. Verarbeitbarkeit: Materialien müssen einfach zu verarbeiten und vorzubereiten sein und sich an bestehende Herstellungsprozesse anpassen lassen. Thermische Stabilität: Materialien müssen in der Lage sein, Leistungsänderungen bei hohen Temperaturen während der Herstellung standzuhalten.

Der Grund, warum Silizium das Material der Wahl ist
715-031986-005 Hsg Lwr Reaktionskammer
2.1 Halbleitereigenschaften
Silizium ist ein ausgezeichnetes Halbleitermaterial mit einer Bandlücke von 1,12 eV, die moderat ist und für den Betrieb der meisten elektronischen Geräte geeignet ist. Silizium verfügt außerdem über eine gute Elektronen- und Lochmobilität und eignet sich daher für die Herstellung von Hochleistungschips.

2.2 Kristallstruktur

0020-33806 Dps der oberen Kammer + Poly
Aus Silizium können durch Verfahren wie das Czochralski-Verfahren und das Zonenschmelzverfahren hochwertige, großformatige Einkristalle hergestellt werden. Die Siliziumkristallstruktur ist perfekt und die Gitterdefekte sind gering, was die Herstellung leistungsstarker integrierter Schaltkreise begünstigt.

2.3 Kosten
Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste (ca. 26,7 %), und sein Rohstoff (Quarz) ist sehr reichlich vorhanden und günstig. Im Vergleich zu anderen Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid (GaAs) und Siliziumkarbid (SiC) sind die Gewinnungs- und Aufbereitungskosten von Silizium deutlich geringer.

2.4 Verarbeitbarkeit
Silizium verfügt über eine gute mechanische Festigkeit und chemische Stabilität, sodass es komplexe Herstellungsprozesse überstehen kann. Bestehende Halbleiterherstellungsprozesse (Lithographie, Diffusion, Ionenimplantation usw.) basieren alle auf Siliziummaterialien, sodass die Verarbeitungstechnologie von Siliziumwafern ausgereift und kostengünstig ist.

2.5 Thermische Stabilität

Silizium verfügt über eine ausgezeichnete Stabilität bei hohen Temperaturen und kann seine Kristallstruktur und Eigenschaften bei Temperaturen bis zu 1100 Grad stabil halten. Dadurch kann Silizium an die Anforderungen von Hochtemperaturprozessschritten in der modernen Chipfertigung angepasst werden.

Herausforderungen mit anderen Materialien
Obwohl auch andere Materialien wie Galliumarsenid (GaAs), Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) hervorragende Halbleitereigenschaften aufweisen, stellen sie einige Herausforderungen hinsichtlich Kosten, Verarbeitbarkeit, thermischer Stabilität usw. dar:
Galliumarsenid (GaAs): hohe Elektronenmobilität, aber Sprödigkeit, hohe Herstellungskosten und schwierig herzustellende große Einkristalle.

Siliziumkarbid (SiC): Große Bandlücke für Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen, aber schwierig zu züchtende Kristalle und teuer.

Galliumnitrid (GaN): Es verfügt über hervorragende elektronische Eigenschaften und thermische Stabilität, die Synthese des Materials ist jedoch komplex und teuer.

Tatsächlich hat Silizium als Halbleitermaterial viele Vorteile, darunter gute Halbleitereigenschaften, hochwertige Kristallstruktur, niedrige Kosten, ausgereifte Verarbeitungstechnologie und ausgezeichnete thermische Stabilität. Diese Faktoren machen Silizium zum Material der Wahl für die Herstellung von Chips, obwohl auch andere Materialien in bestimmten Anwendungsbereichen ihre eigenen einzigartigen Vorteile haben.