موضوع مقاله: ویفر (الکترونیک) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ویفر (الکترونیک) | مقدمه: این ویفرها در انتها توسط فرایند دای‌سازی برش داده می‌شوند و تعداد زیادی «دای» ساخته می‌شود.|جایگزین= در الکترونیک، ویفر که گاهی برش یا زیرلایه نیز نامیده می‌شود، یک برش نازک از یک نیم‌رسانا مانند سیلیکون بلورین است که در ساخت تراشه‌های الکترونیکی و در فتوولتائیک برای ساخت سلول‌های خورشیدی کاربرد دارد. | ## بخش 1: ویفر (الکترونیک) | از این ویفرها در ریزابزارهای الکترونیکی به عنوان یک زیرلایه استفاده می‌شود به گونه‌ای که این ریزابزارها درون و روی ویفرها ساخته می‌شوند یا بسیاری فرایندهای زیرساختی مانند آلایش، کاشت یون، طرح‌نگاری نوری و… بر روی آن‌ها انجام می‌شود. این ویفرها سپس توسط فرایند «دای‌سازی ویفر» برش خورده و تراشه‌ها از هم جدا می‌شوند. در ویفرهای خورشیدی، یک سلول خورشیدی که بیشتر چهارگوش است، تمام ویفر را دربر می‌گیرد. از برش لایه لایه این شمش که دارای ساختار بلوری کاملاً یکنواخت و منظم است، ویفرها به‌دست می‌آیند. یکی از فرایندهای ساخت ویفرها، فرایند چکرالسکی است که نخستین بار از سوی شیمیدان لهستانی یان چکرالسکی پیشنهاد شد. در این فرایند یک شمش کریستالی نیم‌رسانای تک-بلوری فوق‌العاده خالص، مانند سیلیکون یا ژرمانیم، که بلورین نامیده می‌شود، با بیرون کشیدن یک بذر بلور از داخل ظرف حاوی مواد مذاب آن ماده به‌دست می‌آید. برخی اتم‌های ناخالصی مانند بور یا فسفر را هم می‌توان در اندازه‌های بسیار دقیق به داخل مذاب افزود تا به این ترتیب با آلایش سیلیکون، ساختار ماده را دگرگون کرد و به نیم‌رسانای n و نیم‌رسانای p رسید. پس از آن شمش به‌دست آمده را با کمک ارّهٔ سیمی، برش و سپس پولیش‌کاری و جلا می‌دهند تا به شکل دلخواه درآید. اندازهٔ ویفرها برای کاربرد فتوولتاییک میان ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر (مربعی) و ضخامت آن‌ها ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرومتر است. بزرگ‌ترین ویفر ساخته شده تاکنون ۴۵۰ میلی‌متر قطر داشته که هنوز به خط تولید نرسیده‌است. پاکسازی، الگوی زبری (texturing) و زُدایش سطح ویفرها را با کمک اسیدهای ضعیف پاکسازی می‌کنند تا ذرات ناخواسته را از سطح آن بزدایند یا آسیب‌های پدید آمده در سطح آن در هنگام فرایند بُرش را بهبود بخشند. هنگامی که قرار باشد این ویفرها در سلول‌های خورشیدی بکار روند، بر روی ویفرها، نوعی طرح یا الگوی زبری تکراری ایجاد می‌کنند تا بازدهی آن‌ها بالا رود. شیشه فسفوسیلیکات شکل گرفته در لبه‌ها (که معمولاً PSG نامیده می‌شود)، با استفاده از فرایند زدایش (که نوعی فرایند لایه برداری به کمک مواد شیمیایی است) حذف می‌شود. ویژگی‌ها اندازهٔ استاندارد ویفرها ویفرهای سیلیکونی در قطرهای مختلفی از ۲۵٫۴ میلی‌متر (یک اینچ) تا ۳۰۰ میلی‌متر (۱۱٫۸ اینچ) ساخته می‌شوند. تولیدگاه‌های ساخت نیم‌رساناها که بیشتر اوقات فَب نامیده می‌شوند، بر اساس قطر ویفری که توانایی ساخت آن را دارند و تجهیزات آنها مختص ساخت آن قطر می‌باشد، دسته‌بندی می‌شوند. با گذر زمان پهنای ویفرهای تولیدی بیشتر شده‌است تا بازدهی بالا رود و هزینه‌های ساخت کم شود. | ## بخش 2: ویفر (الکترونیک) | البته هنوز مانع‌های زیادی پیش پای آنان است و به نظر می‌رسد این اتفاق به این زودی ممکن نخواهد شد. فرض بر این است که ضخامت ویفر چنان باشد که بتواند بار وزن خود را بکشد و در طول کار ترک نخورد. همچنین ویفرهایی که غیر از سیلیکون از مواد دیگری هم ساخته شده‌اند به دلیل همین مسئلهٔ ترک می‌توانند هم قطر ویفری باشند اما ضخامتی متفاوت داشته باشند. ویفر سیلیکونی در صنعت پردازنده و ریزتراشه‌ در سال ۲۰۲۰ میلادی بیش از ۹۳۲ میلیارد تراشه در دنیا تولید شد. ریزتراشه که گاهی به آن تراشه هم می‌گویند مجموعه‌ای از مدارهای الکترونیکی است که روی سطح سیلیکونی کوچکی پیاده‌سازی می‌شود. هر کدام از میلیون‌ها یا میلیاردها تراشه موجود در دل تراشه مثل کلید برق عمل می‌کند؛ آن‌ها متناسب با دستورهای دریافتی، جریان برق را قطع و وصل می‌کنند و بدین‌سان دستورهای کاربر یا سامانه را در زیرساختی‌ترین لایهٔ ماشین اجرا می‌کنند. اجزای پردازنده روی ویفر سیلیکونی پیاده‌سازی می‌شوند و نهایتاً ساختار چندلایه تراشه شکل می‌گیرد. بعضی از حوزه‌های کاربرد سیلیکون چنین است: رایانه و ابررایانه سلول‌های خورشیدی تجهیزات نوری (اپتیک) تلفن‌های هوشمند حسگرها و آشکارسازها پوشیدنی‌های هوشمند سامانه‌های الکترونیک وسایل نقلیه (خودرو، هواپیما و…) لوازم خانگی برقی رباتها تجهیزات پزشکی سیلیکون (سیلیسیم): طلای دیجیتال! سیلیکون برخلاف اغلب دیگر فلزهایی که رسانا هستند، خاصیت نیم‌رسانایی دارد و با افزودن موادی مثل گوگرد یا بور به آن می‌توان خاصیت رساناییش را افزایش داد. به‌همین سبب، ترانزیستورهای سیلیکونی می‌توانند بسته به دستور دریافتی جریان برق را وصل یا قطع کنند. مراحل تولید ویفر سیلیکون در صنعت نیم‌رسانا ویفرهای سیلیکونی را از نوعی ماسه موسوم به ماسه سیلیس می‌سازند که همان دی‌اکسید سیلیسیم (SiO2) است. مرحله ۱: جمع‌آوری ماسه سیلیس پردازنده‌های سیلیکونی در ماسه‌های زمین و مشخصاً در ماسه سیلیس ریشه دارند! دی‌اکسید سیلیسیم در ماسه‌های عادی هم وجود دارد اما خلوصش تنها حدود ۸۰ درصد است که برای صنعت نیم‌رسانا و ساخت ویفرها و تراشه‌های سیلیکونی کافی نیست. پس از انتقال ماسه سیلیس به کارخانه، به آن کربن اضافه می‌کنند و در کوره حرارتش می‌دهند. اکسیژن موجود در دی‌اکسید سیلیسیم در اثر گرما با کربن پیوند می‌خورد و دی‌اکسیدکربن تشکیل می‌دهد و بدین‌سان از سیلیسیم جدا می‌شود تا نهایتاً سیلیسیم تقریباً خالص (با خلوص بیش از ۹۹ درصد) باقی بماند. مرحله ۲: پرورش بلور (کریستال) سیلیکونی که در صنعت الکترونیک به‌کار می‌رود، به‌طور طبیعی ساختارهای بلوری چندوجهی (اصطلاحا پلی‌کریستالین) دارد. | ## بخش 3: ویفر (الکترونیک) | نقاط اتصال هر بلور با بلور دیگر، در انتقال علائم الکترونیک اختلال ایجاد می‌کنند و بازده تراشه را می‌کاهند؛ بنابراین، پیش از ساخت ویفر باید بلورهای چندوجهی را از سیلیکون حذف کرد تا ساختار سیلیکون تماماً تک‌بلوری (مونوکریستالین) شود. برای مثال در روش چُکرالسکی، سیلیکون مذاب را درون محفظه‌ای از جنس دُرّ کوهی (کوارتز) می‌ریزند و می‌چرخانندش. ضمناً طی فرایند دیگری موسوم به دوپینگ، عناصر دیگری به سیلیکون اضافه می‌شود تا خاصیت رسانایی آن تقویت شود. مرحله ۳: فرایند تولید ویفر سیلیکون شمشال یا میله سیلیکون که در مرحله قبل به دست آمد به دستگاه برش منتقل می‌شود و به‌شکل لایه‌های نازکی موسوم به ویفر برش می‌خورد. ضخامت هر ویفر عموماً حدود ۰٫۵ میلی‌متر است اما بسته به کاربردهای مختلف ممکن است کمتر یا بیشتر نیز باشد. سپس به ویفر صیقل‌خورده اسید نیتریک، اسید هیدروفلوریک و اسید استیک می‌خورانند تا جلایش بیشتر شود. صاف‌کاری شاید در نگاه نخست، لبه‌ها و سطح ویفر صاف به نظر برسد، اما در واقع ناهمواری‌های ریزی دارد که همان‌ها نیز باید ساییده و صاف شوند. برای این منظور ویفرها را در محیط خلأ قرار می‌دهند و سپس ناهمواری‌های آن را می‌سابند. صیقل‌کاری پس از ساییدن و صاف‌سازی سطح ویفر باید آن را صیقل داد تا مثل آینه براق شود. برای این کار، هم از مواد شیمیایی و هم از پَدهای مخصوص صیقل‌کاری استفاده می‌کنند. ویفر ثابت می‌ماند و پَدها به‌آرامی روی سطح ویفر مماس می‌شوند و پایین و بالا می‌روند تا سطح ویفر کاملاً صاف و براق شود. صیقل‌کاری ویفر مهم است زیرا کوچک‌ترین ناهمواری ممکن است رسانایی ویفر سیلیکونی را مختل کند. صیقل‌کاری از بروز هرگونه تداخلی که ممکن است مانع جریان یافتن برق در مدارها شود، جلوگیری می‌کند. تمیزکاری ویفرها درون اتاق‌ها و با کمک تجهیزات بسیار تمیز و محافظت‌شده انجام می‌شود تا حتی‌الامکان هیچ ذره و غباری روی ویفرها ننشیند. | ## جمع‌بندی | برای آزمایش درستی ویفرها آن‌ها را در شرایط واقعی می‌آزمایند و برای مثال به آن‌ها ولتاژهای الکتریکی زیادی اعمال می‌کنند یا در معرض دمای زیاد قرارشان می‌دهند.