WAT IS EEN HALFGELEIDER?
Een halfgeleider is een elektronische component die elektrische geleiding gebruikt, maar eigenschappen heeft die tussen die van een geleider, bijvoorbeeld koper, en die van een isolator, zoals glas, liggen. Deze componenten maken gebruik van elektrische geleiding in vaste toestand, in tegenstelling tot in gasvormige toestand of thermionische emissie in een vacuüm, en hebben vacuümbuizen in de meeste moderne toepassingen vervangen.
Halfgeleiders worden het meest gebruikt in chips voor geïntegreerde schakelingen. Onze moderne computers, waaronder mobiele telefoons en tablets, bevatten mogelijk miljarden kleine halfgeleiders die op één chip zijn samengevoegd en allemaal met elkaar verbonden zijn op één halfgeleiderwafer.
De geleidbaarheid van een halfgeleider kan op verschillende manieren worden gemanipuleerd, bijvoorbeeld door een elektrisch of magnetisch veld te introduceren, door hem bloot te stellen aan licht of warmte, of door de mechanische vervorming van een gedoteerd monokristallijn siliciumrooster. Hoewel de technische uitleg vrij gedetailleerd is, is het juist de manipulatie van halfgeleiders die onze huidige digitale revolutie mogelijk heeft gemaakt.
HOE WORDT ALUMINIUM GEBRUIKT IN HALFGELEIDERS?
Aluminium heeft vele eigenschappen die het tot een uitstekende keuze maken voor gebruik in halfgeleiders en microchips. Zo hecht aluminium beter aan siliciumdioxide, een belangrijk bestanddeel van halfgeleiders (daaraan dankt Silicon Valley zijn naam). De elektrische eigenschappen, namelijk een lage elektrische weerstand en uitstekende contactvorming met draadverbindingen, zijn een ander voordeel van aluminium. Ook belangrijk is dat aluminium gemakkelijk te structureren is met droogetsprocessen, een cruciale stap in de productie van halfgeleiders. Hoewel andere metalen, zoals koper en zilver, een betere corrosiebestendigheid en elektrische taaiheid bieden, zijn ze ook veel duurder dan aluminium.
Een van de meest voorkomende toepassingen van aluminium bij de productie van halfgeleiders is sputtertechnologie. Het aanbrengen van dunne nanolaagjes van zeer zuivere metalen en silicium in microprocessorwafers gebeurt via een proces van fysische dampdepositie, ook wel sputteren genoemd. Materiaal wordt uit een target gespoten en afgezet op een substraatlaag van silicium in een vacuümkamer die is gevuld met gas om het proces te vergemakkelijken; meestal een inert gas zoals argon.
De achterplaten voor deze targets zijn gemaakt van aluminium met de voor depositie gebruikte materialen met een hoge zuiverheid, zoals tantaal, koper, titanium, wolfraam of 99,9999% zuiver aluminium, op het oppervlak. Foto-elektrisch of chemisch etsen van het geleidende oppervlak van het substraat creëert de microscopische circuitpatronen die nodig zijn voor de werking van de halfgeleider.
De meest gebruikte aluminiumlegering in de halfgeleiderverwerking is 6061. Om de beste prestaties van de legering te garanderen, wordt er doorgaans een beschermende geanodiseerde laag op het metaaloppervlak aangebracht. Dit verbetert de corrosiebestendigheid.
Omdat het zulke precieze apparaten zijn, moeten corrosie en andere problemen nauwlettend in de gaten worden gehouden. Er zijn verschillende factoren gevonden die bijdragen aan corrosie in halfgeleiderapparaten, bijvoorbeeld de verpakking ervan in plastic.