Wafer (elektronik)

Waferadalah bahan dasar dari komponen sistem mikro. Wafer biasanya berbentuk lempengan tipis berbentuklingkarandengan garis di salah satu sisinya. Pada umumnya wafer terbuat darikristalsilikon.
Dari bahan dasar pasir yang mengandung silikon oksida, dibakar menggunakan karbon untuk mengeluarkan oksigen dari silikon. Silikon yang tidak murni ini kemudian dimurnikan denganproses Siemensatauproses DuPont. Setelah dimurnikan dengan reaksi kimia kemudian wafer di kristalkan denganproses Czochralski. Caranya adalah melelehkannya kemudian mendinginkannya dengan cara memutar pelan-pelan ke arah atas. Dengan metode ini, maka pengotor akan pelan-pelan berpindah ke bawah dan didapatkan satu batang silikon murni berbentuksilinder. Setelah proses ini berakhir, tempat untuk melelehkan silikon akan menjadi kotor karena kotoran menuju kebawah.
Proses Czochralskidapat dioptimalkan dengan cara melakukan proses ini di dalam ruangan yang berisi gas dan tempat yang sulit bereaksi dengan zat lain seperti gas muliaargondanquartz.
Batang silikon dipotong-potong menjadi lempengan tipis berbentuk lingkaran dengan pemotong berketelitian sangat tinggi. Wafer yang sudah dipotong kemudian dipoles secara presisi sehingga didapatkan permukaan yang sangat rata seperti cermin sampai mencapai orde micrometer tingkat kerataannya. Sampai pada tingkat ini, wafer sudah siap untuk diproses menjadisirkuit terpaduatau alat sistem mikro lainnya.
Wafer silikon merupakan bahan untuk produk semikonduktor. Silikon berarti silikon dan wafer adalah silinder yang diiris tipis. Oleh karena itu, wafer silikon adalah kristal tunggal silikon yang diiris tipis.
Silikon merupakan bahan khas untuk perangkat elektronik. Perangkat elektronik menunjang kehidupan kita. Seiring dengan meningkatnya permintaan perangkat elektronik, kebutuhan akan wafer silikon juga akan meningkat.
Meskipun kita mungkin tidak menyadari penggunaan wafer silikon dalam kehidupan kita sehari-hari, wafer silikon ada di semua perangkat elektronik. Wafer silikon digunakan sebagai substrat untuk produk semikonduktor. Contoh umum penggunaan produk semikonduktor tercantum di bawah ini.
Semikonduktor membentuk dasar desain dan manufaktur elektronik. Substrat tipis berbentuk cakram ini bukan sekadar komponen; mereka adalah kanvas tempat fabrikasi semikonduktor dibuka.  Sifat wafer semikonduktor, seperti struktur kristal dan karakteristik listrik, secara langsung mempengaruhi kinerja komponen elektronik akhir. Jenis dan bahan wafer bisa sangat bervariasi, tergantung pada jenis perangkat semikonduktor yang perlu diproduksi. Biasanya, bahan berikut digunakan untuk pembuatan wafer semikonduktor:
Wafer silikon dengan struktur kristal tetap menjadi tulang punggung elektronik, unggul dalam sirkuit logika, mikroprosesor, dan aplikasi memori. Wafer Gallium arsenide (GaAs) menawarkan mobilitas elektron yang unggul dan celah pita langsung, menjadikannya sempurna untuk aplikasi frekuensi tinggi seperti perangkat RF dan optoelektronik. Wafer silikon karbida (SiC) mendefinisikan ulang elektronika daya, menawarkan konduktivitas termal yang luar biasa dan celah pita yang lebar untuk aplikasi pada kendaraan listrik, elektronika daya, dan lingkungan bersuhu tinggi.
Wafer silikon , tulang punggung banyak perangkat elektronik, berkat kehebatannya berkat struktur kristal yang disusun dengan cermat. Silikon, unsur Golongan IV, menunjukkan struktur kisi kristal yang diatur oleh ikatan kovalen. Setiap atom silikon, yang memiliki empat elektron valensi, terlibat dalam ikatan kovalen dengan empat atom silikon yang berdekatan. Susunan ini membentuk kisi yang stabil dan teratur di dalam kristal.
Wafer silikon dibuat dari unsur silikon. Silikon merupakan unsur terbanyak kedua di permukaan bumi setelah oksigen. Ini adalah unsur umum yang ditemukan di tanah dan batuan, tetapi dengan menggunakan kuarsa, bahan untuk wafer silikon dimurnikan.
Batang silikon berbentuk silinder yang disebut ingot silikon digunakan untuk membuat wafer silikon. Wafer silikon diproduksi dengan mengiris batangan silikon menjadi irisan tipis.
Ingot silikon dibuat dari kristal silikon dengan kemurnian tinggi menggunakan dua metode utama: metode CZ (metode Czochralski) dan metode FZ (metode Floating Zone).
Dalam metode CZ, bahan silikon mentah dilebur dalam tungku bersuhu tinggi dengan suhu melebihi 1.000℃. Ingot silikon selesai dibuat ketika batang silikon benih dimasukkan ke dalam tungku dan diangkat sambil berputar dengan kecepatan tinggi.
Metode FZ menggunakan bahan silikon polikristalin dalam bentuk batang. Bahan mentah dilekatkan pada bahan silikon monokristalin benih, dan permukaan batas dipanaskan secara induktif. Bahan silikon polikristalin menjadi monokristalin, dan ingot silikon selesai dibuat.
Wafer silikon diproduksi menggunakan ingot silikon yang diproduksi dengan dua metode di atas. Proses pembuatannya adalah sebagai berikut:
Ingot dipotong menggunakan pisau berlian untuk menghasilkan wafer dengan ketebalan yang diinginkan.
Untuk menjaga kualitas pola sirkuit, permukaan wafer dipoles hingga menjadi seperti cermin. Dengan demikian, bebas dari partikulat dan kotoran lainnya.
Salah satu alasan pengembangan signifikan sirkuit terpadu skala besar yang menggunakan semikonduktor silikon adalah pembentukan teknologi yang memungkinkan produksi massal kristal tunggal silikon dengan kemurnian tinggi dan bebas cacat dengan biaya yang relatif rendah. Silikon yang diproduksi memiliki kemurnian sangat tinggi sebesar 99,999999999% atau lebih tinggi dan disebut "sebelas-sembilan" karena ada sebelas sembilan berturut-turut.
Teknologi fabrikasi ingot silikon juga terus mengalami kemajuan. Ingot sejauh ini telah tumbuh dengan diameter dari 20 mm menjadi 200 mm.
Doping dalam pembuatan semikonduktor melibatkan pemasukan elemen tertentu secara sengaja ke dalam kisi kristal silikon untuk mengubah sifat-sifatnya:
Wafer Gallium Arsenide (GaAs) menonjol sebagai bahan mutakhir untuk elektronik frekuensi tinggi .
Wafer Silicon Carbide (SiC) mewakili lompatan teknologi dalam bahan semikonduktor, khususnya dalam efisiensi elektronika daya.
Wafer Indium Fosfida (InP) memainkan peran penting dalam fotonik, memanfaatkan sifat optik dan elektroniknya yang khas.
Meskipun menonjol dalam bidang fotonik, wafer InP menghadirkan tantangan seperti kerapuhan material dan biaya produksi karena sifat halus InP.
Pasar elektronik global berkembang setiap tahunnya, dan industri semikonduktor menjadi semakin penting untuk mendukung pertumbuhan ini. Pasar wafer silikon adalah $11,9 miliar pada tahun 2018.
Pangsa pasar berdasarkan wilayah konsumsi adalah Korea Selatan (35%), Amerika Utara (29%), Taiwan (16%), Tiongkok (10%), dan Jepang (7%), dengan pangsa tertinggi di Amerika Utara, Korea Selatan, dan Taiwan, tempat basis produsen semikonduktor.
Pangsa berdasarkan kewarganegaraan vendor adalah Jepang (55%), Taiwan (20%), Jerman (14%), dan Korea Selatan (10%), dengan perusahaan Jepang memegang pangsa yang tinggi.