Piikiekko

Piikiekko on ohut ja pyöreä, yksikiteisenä kasvatetusta lähes täysin puhtaasta piitangosta sahattu kiekko, jota käytetään puolijohdeteollisuudessa erilaisten mikroelektroniikan komponenttien kuten puolijohteiden, transistorien, CMOS-piirien, mikropiirien ja aurinkokennojen pohjalevynä ja kasvatusalustana.

Piikiekkojen valmistus

Piitanko valmistetaan sulasta puhtaasta ja hallitusti seostetusta piistä siten, että sulaan kastetusta siemenkiteestä alkaa hitaasti kasvaa tanko, joka säilyy koko kasvatuksen ajan yhtenä kiteenä. Tässä Czochralski-menetelmässä siemenkidettä nostetaan inertissä kaasussa sulasta ylös. Tankoja kasvatetaan eri paksuuksilla riippuen hieman käyttötarkoituksesta. Suuressa määrin tuotetut mikropiirit tehdään mahdollisimman suurille kiekoille. Nykyään tuotannollisessa käytössä olevat kiekot ovat suurimmillaan halkaisijaltaan 300 mm. Todennäköisesti 450 mm tulee olemaan seuraavaksi suurin koko. Pienemmissä määrin tuotetut erikoispiirit tehdään pienemmille kiekoille. Yleisesti käytettyjä halkaisijoita ovat 25, 50, 75, 100, 125, 150, 200 ja 300 mm. Kiekkojen tyypillinen paksuus on 0,3–0,8 mm. Ne irrotetaan tangosta, joka on olemukseltaan kova lasimainen keraamitanko, sahaamalla timanttiterällä tai metallilangalla, johon on sijoitettu leikkaavia timantteja. Sahaamisen jälkeen kiekot kiillotetaan mekaanisesti yhdeltä tai molemmilta puolilta, jotta pinta on peilimäinen ja riittävän tasainen mikropiirien kalvorakenteiden kasvatukseen.

Kiekkojen käsittely

Kiekkojen, joiden halkaisija on esim. 200 mm, reunoja on yleensä hiottu kohdistuspinnoiksi, jotka kertovat myös kiderakenteen symmetriasuunnasta (tavallisesti 110 taso). Vanhemmissa kiekkotyypeissä (halkaisija alle 100 mm) kidesuunnan symmetria on tunnistettavissa oheisen kuvan mukaan. Nykyaikaisissa kiekoissa käytetään materiaalia säästävää pientä lovea suuntatiedon ilmoittamiseen.  

Kiekkojen orientoiminen on tärkeää, koska monet yksikiteisen materiaalin rakenne- ja sähköiset ominaisuudet ovat hyvin riippuvaisia kiderakenteen suunnasta. Esimerkiksi kiekon lohkeamistaso esiintyy usein vain tietyissä kidesuunnissa. Kun mikropiirit ovat valmiita, kiekko sahataan mikropiirirajojen mukaan ja tämä onnistuu parhaiten kidesuuntien mukaan. Kiekko voidaan paloitella myös lohkomalla. Silloin tehdään timantilla ensimmäinen viilto kuten lasiveitsellä lasiin ja kiekko murtuu sitten pitkin viiltoa, jos se seuraa kidesuuntaa.

Piikiekkojen valmistus Suomessa
Piikiekkoja (alle 200 mm halkaisijaltaan) valmistaa Okmetic Oyj Vantaalla. Okmetic valmistaa myös SOI (Silicon On Insulator) kiekkoja. Näissä kiekoissa on piikiekon päällä  piioksidi-eristekerros ja sen päällä taas puhdasta piitä. SOI-tekniikalla parannetaan kiekon kapasitiivisia ominaisuuksia. Okmetic on maailman 8. suurin puolijohdekiekkojen toimittaja.

Piikiekkojen valmistus maailmalla
Vuonna 2006 viisi suurinta puolijohdekiekkojen valmistajaa olivat:
 Shin-Etsu Handotai, Japani, 31,7 %
 Sumco (Sumitomo-Mitsubishi), Japani, 22,1 %
 Siltronic (Wacker), Saksa, 13,4 %
 MEMC, Yhdysvallat, 12,9 %
 Komatsu Electronic Metals, Japani, 8,7 %

Vuoden 2022 alussa neljä suurinta valmistajaa olivat:
 Shin-Etsu
 Sumco
 GlobalWafers
 Siltronic

Katso myös
 Elektroniikka
 Ohutkalvon kasvatus
 Puolijohdeteollisuus

Lähteet

Aiheesta muualla 

Puolijohteet