2. Carson a tha an Gnìomhachas Semiconductor ag iarraidh fìor-ghlanachd

Gus tuigse fhaighinn air cho riatanach sa tha purrachd fìor àrd, feumaidh tu tuigse fhaighinn air meud saothrachadh semiconductor an latha an-diugh. Anns na sgoltagan as adhartaiche an-diugh tha transistors nach eil ach beagan nanometers de leud. Gus seo a chuir ann an sealladh, tha aon shreath de fhalt daonna timcheall air 80,000 gu 100,000 nanometers de thighead.

Nuair a bhios tu a’ togail structaran aig an ìre atamach, faodaidh aon mholacile de ocsaidean no droplet uisge microscopach fàilligeadh uamhasach.

• Ocsaideanachadh: Faodaidh ocsaidean gun iarraidh dèiligeadh ris na structaran fìnealta sileacain, ag atharrachadh am feartan dealain.

• Truailleadh gràineach: Faodaidh eadhon aon ghràin air seachran cuairt ghoirid a dhèanamh air transistor nanoscale, a’ fàgail pìos slàn de mhic-chip gun fheum.

• Lùghdachadh toraidh: Ann an fab a’ giullachd mhìltean de wafers gach seachdain, faodaidh tuiteam beag ann an toradh mar thoradh air truailleadh gas eadar-theangachadh gu deichean de mhilleanan dolar ann an teachd-a-steach caillte.

Mar sin, tha an argon leaghan semiconductor feumaidh a bhith air a thoirt a-steach do àrainneachdan an t-seòmair ghlan a bhith gu bunaiteach gun stuthan truailleadh reactive sam bith.

3. Prìomh Iarrtasan Semiconductor Liquid Argon

Bidh turas wafer silicon bho stuth amh gu microprocessor crìochnaichte a’ gabhail ceudan de cheumannan iom-fhillte. Tha argon lionn fìor-ghlan fìor-fhillte air fhilleadh a-steach gu domhainn ann an grunn de na h-ìrean as deatamaiche den turas seo.

3.1. A 'tarraing criostal silicon (Pròiseas Czochralski)

Is e bunait microchip sam bith an wafer silicon. Tha na wafers sin air an sgoltadh bho ingotan mòra sileacain aon-chriostail a chaidh fhàs a’ cleachdadh modh Czochralski (CZ). Anns a 'phròiseas seo, tha silicon polycrystalline fìor-ghlan air a leaghadh ann an ceusadh quartz aig teòthachd nas àirde na 1,400 ° C. Tha criostal sìl air a thoirt a-steach agus air a shlaodadh gu slaodach suas, a’ tarraing criostal siolandair foirfe a-mach às an leaghadh.

Tron phròiseas teirmeach fìor seo, tha an silicon leaghte gu math reactive. Ma thig e gu conaltradh le ocsaidean no nitrigin, cruthaichidh e silicon dà-ogsaid no silicon nitride, a 'sgrios an structair criostalach fìor. An seo, tha argon ag obair mar an dìonadair mu dheireadh. Tha an fhùirneis air a ghlanadh gu leantainneach le vaporized argon lionn fìor-ghlan ultra-àrd gus faireachdainn gu tur neo-sheasmhach a chruthachadh. Leis gu bheil argon nas truime na èadhar, bidh e na phlaide dìon thairis air an sileacon leaghte, a’ dèanamh cinnteach gu bheil an ingot a thig às a sin foirfe a thaobh structar agus saor bho lochdan microscopach.

3.2. Sgeadachadh plasma agus tasgadh

Tha sgoltagan ùr-nodha air an togail ann an sreathan 3D. Tha seo a’ toirt a-steach a bhith a’ tasgadh sreathan microscopach de stuthan giùlain no insalaidh air an wafer agus an uairsin a’ toirt air falbh pàirtean sònraichte gus cuairtean a chruthachadh.

• Sputtering (tasgadh vapor corporra - PVD): Is e argon am prìomh ghas a thathas a’ cleachdadh ann an sputtering. Ann an seòmar falamh, tha gas argon air a thionndadh a-steach do phlasma. Bidh na h-ianan argon le deagh chìsean an uairsin air an luathachadh gu stuth targaid (leithid copar no titanium). Bidh feachd cinneachail nan ianan argon trom a’ leagail dadaman far an targaid, a bhios an uairsin a’ tasgadh gu cothromach air an wafer silicon. Tha Argon air a thaghadh leis gu bheil a tomad atamach gu math freagarrach airson dadaman meatailt a sgaoileadh gu h-èifeachdach gun a bhith ag ath-obrachadh leotha gu ceimigeach.

• Etching Ion Reactive Deep (DRIE): Nuair a dh’ fheumas luchd-saothrachaidh trainnsichean domhainn, fìor mhionaideach a shìoladh a-steach do silicon - a tha deatamach airson sgoltagan cuimhne agus pacadh adhartach - bidh argon gu tric air a mheasgachadh le gasaichean ath-ghnìomhach gus am plasma a dhèanamh seasmhach agus gus cuideachadh le bhith a’ spreadhadh uachdar na wafer gu corporra, a’ sguabadh air falbh fo-thoraidhean eitseil.

3.3. Lithography DUV agus EUV (Excimer Lasers)

Is e litreachadh am pròiseas airson solas a chleachdadh gus pàtrain cuairteachaidh a chlò-bhualadh air an wafer. Mar a tha cuairtean air crìonadh, bha aig luchd-saothrachaidh ri solas a chleachdadh le tonnan a tha a’ sìor fhàs nas giorra. Seo far a bheil electronics argon liquid eadar-ghearradh le fiosaig optigeach.

Tha lithography Deep Ultraviolet (DUV) gu mòr an urra ri lasers excimer ArF (Argon Fluoride). Bidh na leusairean sin a’ cleachdadh measgachadh fo smachd mionaideach de ghasaichean argon, fluorine, agus neon gus solas làn fòcas a ghineadh le tonn-tonn de 193 nanometers. Tha purrachd an argon a thathas a’ cleachdadh anns na h-uamhan laser sin gu math teann. Faodaidh neo-chunbhalachd sam bith na h-optics laser a lughdachadh, dian an t-solais a lughdachadh, agus toirt air a’ phròiseas lithography cuairtean neo-shoilleir no easbhaidheach a chlò-bhualadh.

Eadhon anns na siostaman lithography Extreme Ultraviolet (EUV) as ùire, tha àite deatamach aig argon mar ghas glanaidh gus na siostaman sgàthan fìnealta, iom-fhillte a chumail gu tur saor bho thruailleadh moileciuil.

3.4. Annealing agus giollachd teirmeach

Às deidh dopants (leithid boron no fosfair) a bhith air an cuir a-steach don silicon gus na feartan dealain aca atharrachadh, feumaidh an wafer a bhith air a theasachadh gu teòthachd àrd gus milleadh air an uachdaran criostail a chàradh agus na dopants a ghnìomhachadh. Feumaidh am pròiseas seo, ris an canar annealing, tachairt ann an àrainneachd a tha fo smachd teann, gun ocsaidean gus casg a chuir air uachdar an wafer bho bhith a’ oxidachadh. Tha sruthadh leantainneach de argon fìor-ghlan a’ toirt seachad an àrainneachd teirmeach sàbhailte seo.

4. Leictreonaic Liquid Argon: A 'toirt cumhachd don ath ghinealach de theic

An teirm electronics argon liquid gu farsaing a’ toirt a-steach eag-shiostam innealan àrdteicneòlais agus pròiseasan saothrachaidh a tha an urra ris an stuth cryogenic seo. Mar a bhios sinn a’ gluasad a-steach gu àm a tha fo smachd Artificial Intelligence (AI), Internet of Things (IoT), agus carbadan fèin-riaghailteach, tha an t-iarrtas airson sgoltagan nas cumhachdaiche agus nas lùth-èifeachdaiche a’ fàs nas àirde.

1. Luathaichean AI agus GPUs: Feumaidh na h-aonadan giullachd grafaigeach mòr (GPUn) a dh’ fheumar gus modalan AI mar mhodalan cànain mòra a thrèanadh, bàsan sileacain a tha gu math mòr, gun lochdan. Mar as motha am bàs, is ann as àirde an cothrom gum faodadh aon neo-chunbhalachd an sliseag gu lèir a mhilleadh. Chan urrainnear an àrainneachd gun smal a bheir UHP argon a cho-rèiteachadh an seo.

2. Coimpiutaireachd Quantum: Mar a bhios luchd-rannsachaidh a’ leasachadh choimpiutairean cuantamach, feumaidh na stuthan superconducting a thathas a’ cleachdadh gus qubits a chruthachadh àrainneachdan saothrachaidh le truailleadh faisg air neoni. Tha glanadh argon deatamach ann a bhith ag ullachadh agus a’ dèanamh cryogenic na pròiseasairean an ath ghinealach.

3. Leictreonaic cumhachd: Tha carbadan dealain an urra ri sgoltagan cumhachd Silicon Carbide (SiC) agus Gallium Nitride (GaN). Le bhith a’ fàs na criostalan leth-chonnsair seo tha feum air teòthachd eadhon nas àirde na sileacon àbhaisteach, a’ dèanamh na feartan dìon neo-sheasmhach aig argon eadhon nas cudromaiche.

5. Critnealachd an t-slabhraidh solair agus an t-solair

Tha a bhith a’ toirt a-mach argon lionn fìor-ghlan ultra-àrd na iongnadh air innleadaireachd cheimigeach an latha an-diugh. Mar as trice bidh e air a thoirt a-mach às an èadhar le bhith a’ cleachdadh grùdaireachd bloigheach cryogenic ann an aonadan dealachaidh èadhair mòr (ASUn). Ach, chan eil ann an dèanamh a’ ghas ach leth a’ bhlàir; tha a bhith ga lìbhrigeadh don inneal semiconductor gun a bhith a’ call purrachd a cheart cho dùbhlanach.

Smachd truailleadh rè còmhdhail

A h-uile bhalbhaiche, pìob, agus tanca stòraidh a bhios a’ suathadh ris an argon lionn fìor-ghlan ultra-àrd feumaidh iad a bhith gu sònraichte electropolished agus ro-ghlanadh. Ma tha eadhon aodion microscopach aig tancair còmhdhail, cha leig cuideam an àile dìreach argon a-mach; faodaidh na teothaichean cryogenic gu dearbh a bhith a’ tarraing neo-chunbhalachd àile anns, a' sgrios baidse iomlan.

Aig ìre fab, tha an argon leaghaidh air a stòradh ann an tancaichean mòra le còmhdach falamh. Thèid an uairsin tro vaporizers air leth speisealta agus innealan-glanaidh gas puing-cleachdaidh dìreach mus tèid iad a-steach don t-seòmar glanaidh.

Gus cinneasachadh leantainneach, gun bhriseadh a chumail suas, feumaidh luchd-saothrachaidh semiconductor com-pàirteachadh le solaraichean gas àrd-ìre a tha air maighstireachd a dhèanamh air an t-sèine solair teann seo. Airson goireasan ùr-nodha a tha ag iarraidh solar leantainneach, earbsach den stuth riatanach seo le tomhasan purrachd cinnteach, a’ sgrùdadh fuasglaidhean gas gnìomhachais sònraichte bho sholaraichean earbsach leithid Gas Huazhong a’ dèanamh cinnteach gu bheilear a’ coinneachadh ri inbhean mionaideach agus gun tèid cuir às do dh’ ùine downt saothrachaidh.

6. Beachdachaidhean Eaconamach is Àrainneachdail

Tha an ìre de argon a thèid ithe le gigafab ùr-nodha iongantach. Faodaidh aon ghoireas saothrachaidh leth-chonnaidh mòr ithe deichean de mhìltean de mheatairean ciùbach de ghas fìor-ghlan gach latha.

Seasmhachd agus Ath-chuairteachadh

Leis gur e gas uasal a th’ ann an argon agus nach eil e air a chaitheamh gu ceimigeach anns a’ mhòr-chuid de phròiseasan leth-chonnsair (bidh e ag obair sa mhòr-chuid mar sgiath fiosaigeach no meadhan plasma), tha spionnadh a’ sìor fhàs taobh a-staigh a’ ghnìomhachais airson siostaman faighinn seachad air argon agus ath-chuairteachadh. Tha fabs adhartach a’ sìor fhàs a’ cur a-steach aonadan ath-bheothachaidh air an làrach a ghlacas an t-inneal-losgaidh argon bho fhùirneisean tarraing criostail agus seòmraichean sputtering. Bidh an gas seo an uairsin air ath-ghlanadh gu h-ionadail. Chan e a-mhàin gu bheil seo a’ lughdachadh cosgaisean obrachaidh an aodaich gu mòr, ach tha e cuideachd a’ lughdachadh an lorg carboin co-cheangailte ri bhith a’ lionadh agus a’ giùlan argon ùr thar astaran fada.

7. Àm ri teachd Argon ann an cinneasachadh nodan adhartach

Mar a bhios an gnìomhachas semiconductor a ’putadh a dh’ ionnsaigh 2nm, 14A (angstrom), agus nas fhaide air falbh, tha ailtireachd transistors ag atharrachadh. Tha sinn a’ gluasad bho FinFET gu Gate-All-Around (GAA) agus mu dheireadh gu dealbhadh co-phàirteach FET (CFET).

Feumaidh na structaran 3D seo tasgadh còmhdach atamach (ALD) agus sgrìobadh còmhdach atamach (ALE) - pròiseasan a bhios a’ làimhseachadh silicon gu litireil aon atom aig an aon àm. Ann an ALD agus ALE, thathas a’ cleachdadh buillean argon fo smachd mionaideach gus an seòmar ath-bhualadh eadar dòsan ceimigeach a ghlanadh, a’ dèanamh cinnteach nach tachair ath-bheachdan ach dìreach far a bheil iad an dùil air uachdar atamach.

Mar a tha cruinneas a 'dol am meud, tha an eisimeil air argon leaghan semiconductor cha dèan e ach dian. Faodaidh na riatanasan purrachd eadhon a dhol thairis air na h-inbhean 6N gnàthach, a ’putadh a-steach don raon 7N (99.99999%) no nas àirde, a’ stiùireadh tuilleadh ùr-ghnàthachaidh ann an glanadh gas agus teicneòlasan meatrach-eòlas.

Co-dhùnadh

Tha e furasta iongnadh a dhèanamh air a’ mhicro-phròiseasair crìochnaichte - pìos silicon anns a bheil billeanan de suidsichean microscopach comasach air trilleanan de àireamhachadh gach diog a dhèanamh. Ach, tha am binnean innleadaireachd daonna seo gu tur an urra ris na h-eileamaidean do-fhaicsinneach a bhios ga thogail.

Argon lionn fìor-ghlan fìor àrd cha'n e mhàin am bathar ; tha e na cholbh stèidheachaidh den ghnìomhachas semiconductor. Bho bhith a’ dìon breith leaghte criostalan sileacain gu bhith a’ comasachadh a’ phlasma a bhios a’ snaidheadh ​​cuairtean sgèile nanometer, tha argon a’ gealltainn an àrainneachd phrìseil a tha riatanach gus Lagh Moore a chumail beò. Mar chrìochan a electronics argon liquid leudachadh gus taic a thoirt do AI, coimpiutaireachd cuantamach, agus riaghladh cumhachd adhartach, bidh an t-iarrtas airson an leaghan fìor-ghlan, inert seo fhathast mar fheachd dràibhidh air cùl adhartas teicneòlach cruinneil.

Ceistean Cumanta

Q1: Carson a b’ fheàrr le argon lionntach seach gasaichean inert eile leithid nitrogen no helium ann am pròiseasan leth-chonnsair sònraichte?

A: Ged a tha naitridean nas saoire agus air a chleachdadh gu farsaing mar ghas glanaidh coitcheann, chan eil e dha-rìribh inert aig teòthachd fìor àrd; faodaidh e freagairt le silicon leaghte gus lochdan silicon nitride a chruthachadh. Tha Helium neo-sheasmhach ach gu math aotrom agus daor. Bidh Argon a’ bualadh air an “àite milis” - tha e gu tur inert eadhon aig fìor theodhachd, trom gu leòr airson sileacon leaghte a chòmhdach gu h-èifeachdach, agus tha an tomad atamach foirfe aige gus dadaman a sgaoileadh gu corporra tro phròiseasan sputtering plasma gun a bhith ag adhbhrachadh ath-bheachdan ceimigeach gun iarraidh.

Q2: Ciamar a tha argon leaghaidh fìor-ghlan air a ghiùlan gu planntaichean saothrachaidh leth-chonnsair (fabs) gun truailleadh?

A: Tha e na dhùbhlan mòr loidsigeach a bhith a’ cumail purrachd aig àm gluasaid. Tha argon leaghaidh UHP air a ghiùlan ann an làraidhean tancair cryogenic sònraichte le deagh chòmhdach. Tha uachdar taobh a-staigh nan tancaichean sin, a bharrachd air a h-uile bhalbhaichean agus pìoban gluasaid, air an electropolishadh gu crìoch sgàthan gus casg a chuir air a dhol a-mach agus rùsgadh ghràinean. Mus tèid a luchdachadh, thèid an siostam gu lèir a ghlanadh gu teann. Nuair a ruigeas e an fab, bidh an gas a’ dol tro luchd-glanaidh puing-cleachdaidh a bhios a’ cleachdadh theicneòlasan glacadair ceimigeach gus neo-chunbhalachd ìre ppt sam bith (pàirtean gach trillean) a thoirt air falbh mus ruig an argon an wafer.

Q3: Dè an ìre purrachd a tha a dhìth airson “argon lionn leth-chonnsair,” agus ciamar a tha e air a thomhas?

A: Airson saothrachadh adhartach semiconductor, mar as trice feumaidh purrachd argon a bhith co-dhiù “6N” (99.9999% fìor-ghlan), ged a tha cuid de phròiseasan ùr-nodha ag iarraidh 7N. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil neo-chunbhalachd leithid ocsaidean, taiseachd, agus hydrocarbons air an cuingealachadh gu 1 pàirt gach millean (ppm) no eadhon pàirtean gach billean (ppb). Tha na h-ìrean neo-chunbhalachd minuscule sin air an tomhas ann an àm fìor aig an fab le bhith a’ cleachdadh uidheamachd anailis fìor mhothachail, leithid Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) agus Gas Chromatography le mòr-speactrometry (GC-MS), a’ dèanamh cinnteach à smachd càileachd leantainneach.