Глава 5. Применение кремния в современной микроэлектронике

Кремний основной материал современной электронной техники. Он идёт на изготовление практически всех существующих в настоящее время полупроводниковых приборов (транзисторов, тиристоров, диодов и др.) и изделий микроэлектроники – интегральных устройств. Интегральные микросхемы (ИМС) – основное изделие в использовании кремния в настоящее время. Кремниевые ИМС и микропроцессоры являются основными компонентами вычислительной техники и автоматики. Кремний активно используется в солнечных батареях, непосредственно трансформирующих излучение солнца в электричество. Так же используется в кварцевых резонаторах, кварцевых часах и во многих других приборах.

Заключение

Кремний — элемент вездесущий. В окружающей нас мертвой и живой природе и среди всех творений цивилизации трудно найти какой-либо объект, не содержащий этого элемента хотя бы в небольшом количестве.

Мы находимся в постоянном контакте с природными, искусственными и синтетическими соединениями кремния.

Очень ценится в современной технике кварцевое стекло, получаемое плавлением в вакууме при температуре 2000 ºС, фарфор, керамика, черепица, кирпич, цемент, бетон, серии легких наполнителей бетона с высокой прочностью и теплостойкостью.

Особо популярны в последние годы наполнители для водных фильтров — молекулярные сита. Современную металлургию трудно представить без кремниевых материалов: от огнеупорных до присадок при выплавке высоколегированных металлов.

Чистый кремний — важнейший полупроводник, основа современной радиоэлектроники — транзисторов, термисторов, фотоэлементов — в вычислительной и информационной технике.

В истории человечества кремний исполнял различные роли. Первое огнестрельное оружие было изобретено с использованием кремния. До изобретения спичек кремний был источником огня.

В последние несколько десятилетий кремнийорганическая химия переживает бурное развитие, появилась новая отрасль науки биокремнийорганическая химия.

Наука достаточно быстро развивается. В то время как многие специалисты сконцентрировались на поиске и создании материалов, способных заменить кремний, ученые из Epson решили подойти к этой проблеме с другой стороны. Вместо поиска заменителя кремнию Тацуа Шимода (Tatsuya Shimoda) из научно-исследовательского подразделения компании предложил создать новую форму кремния, используя для этого процесс химического растворения, переводящий твердое вещество в раствор.

После экспериментов с облучением ученым удалось создать раствор, который при дальнейшей обработке и нагревании можно преобразовать в чистую аморфную кремниевую пленку.

Сам по себе аморфный кремний не может служить основой для полноценной замены микросхемам на кристаллическом кремнии – по своим полупроводниковым характеристикам он занимает промежуточное положение между органическими материалами с низкими характеристиками и высококачественным кристаллическим кремнием. Однако японским ученым удалось существенно улучшить его качество.

Эксперименты по очистке нового материала с помощью лазерного излучения позволили получить жидкий материал со свойствами кристаллического кремния, который являлся первичным продуктом для производства кремниевой пленки высокого качества с использованием процесса химического синтеза.

По словам Фурусавы, вещество не требует высокотемпературной металлургической очистки, однако производство пленки без осложнений не обходится - требуется дальнейшая очистка с целью получения устойчивой структуры в течение всего производственного процесса. Кроме того, необходимо соблюдать ряд мер предосторожности с целью предотвращения попадания кислорода.

Высокая пространственная точность печати с использованием струйных технологий привела к появлению 3D-принтеров, способных «распечатывать» детали для бомбардировщиков, живые ткани и даже самих себя, создавая собственные копии – новые принтеры. Однако до последнего времени возможности создания новых устройств методами струйной печати ограничивались невозможностью создания таким образом полноценных электронных схем с кремниевыми полупроводниками.

Технология, разработанная специалистами Epson, вероятно, позволит преодолеть и этот барьер, открыв перед микроэлектроникой новые перспективы.