מהו מוליך למחצה?
התקן מוליך למחצה הוא רכיב אלקטרוני המשתמש בהולכה חשמלית אך בעל תכונות הנמצאות בין אלו של מוליך, למשל נחושת, לבין אלו של מבודד, כגון זכוכית. התקנים אלה משתמשים בהולכה חשמלית במצב מוצק בניגוד למצב גזי או פליטה תרמיונית בוואקום, והם החליפו את שפופרות הוואקום ברוב היישומים המודרניים.
השימוש הנפוץ ביותר במוליכים למחצה הוא בשבבי מעגלים משולבים. מכשירי המחשוב המודרניים שלנו, כולל טלפונים ניידים וטאבלטים, עשויים להכיל מיליארדי מוליכים למחצה זעירים המחוברים לשבבים בודדים, כולם מחוברים זה לזה על גבי פרוסת מוליך למחצה אחת.
ניתן לתמרן את המוליכות של מוליך למחצה בכמה דרכים, כגון על ידי החדרת שדה חשמלי או מגנטי, על ידי חשיפתו לאור או לחום, או עקב עיוות מכני של רשת סיליקון חד-גבישית מסוממת. בעוד שההסבר הטכני מפורט למדי, המניפולציה של מוליכים למחצה היא שאפשרה את המהפכה הדיגיטלית הנוכחית שלנו.
כיצד משתמשים באלומיניום במוליכים למחצה?
לאלומיניום תכונות רבות שהופכות אותו לבחירה עיקרית לשימוש במוליכים למחצה ובשבבים. לדוגמה, לאלומיניום יש הידבקות מעולה לסיליקון דו-חמצני, מרכיב עיקרי במוליכים למחצה (מכאן קיבל עמק הסיליקון את שמו). התכונות החשמליות שלו, כלומר התנגדות חשמלית נמוכה ומגע מצוין עם קשרי חוטים, הן יתרון נוסף של אלומיניום. חשוב גם שקל לבנות אלומיניום בתהליכי איכול יבש, שלב מכריע בייצור מוליכים למחצה. בעוד שמתכות אחרות, כמו נחושת וכסף, מציעות עמידות טובה יותר בפני קורוזיה וקשיחות חשמלית, הן גם יקרות בהרבה מאלומיניום.
אחד היישומים הנפוצים ביותר של אלומיניום בייצור מוליכים למחצה הוא טכנולוגיית ההתזה. שכבות דקות של ננו-עוביים של מתכות טהורות וסיליקון בפרוסות מיקרו-מעבד מתבצעות באמצעות תהליך של שקיעת אדים פיזיקלית המכונה התזה. החומר נפלט מהמטרה ומופקד על שכבת מצע של סיליקון בתא ואקום שמילא גז כדי לסייע בהקלת התהליך; בדרך כלל גז אינרטי כמו ארגון.
לוחות הגיבוי עבור מטרות אלו עשויים מאלומיניום עם חומרים בעלי טוהר גבוה המיועדים לשיקוע, כגון טנטלום, נחושת, טיטניום, טונגסטן או אלומיניום טהור בשיעור 99.9999%, המודבקים לפני השטח שלהם. איכול פוטואלקטרי או כימי של המשטח המוליך של המצע יוצר את דפוסי המעגלים המיקרוסקופיים המשמשים בתפקוד המוליך למחצה.
סגסוגת האלומיניום הנפוצה ביותר בעיבוד מוליכים למחצה היא 6061. כדי להבטיח את הביצועים הטובים ביותר של הסגסוגת, בדרך כלל תיוחס שכבת אנודייז מגנה על פני המתכת, שתגביר את עמידותה בפני קורוזיה.
מכיוון שמדובר בהתקנים כה מדויקים, יש לעקוב מקרוב אחר קורוזיה ובעיות אחרות. נמצא כי מספר גורמים תורמים לקורוזיה בהתקני מוליכים למחצה, למשל אריזתם בפלסטיק.