Herstellung von Transistoren
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Herstellung von Transistoren Von Nikola Pavlovic und Laurenz Strothmann Inhaltsverzeichnis • • • • • • • • • • • 1.Herstellung von Roh-Silizium 2.2. Stufe des Roh- Silizium 3. Trichlorsilan Herstellung 4. 3. Stufe (Trichlorsilan) 5. Tiegelziehen 6. Herstellung von Wafern (Scheiben 1/2) 7. Herstellung von Wafern (Scheiben 2/2) 8. Polymerelektronik 9. Transistor aus Polymeren Stoffen 10. Aufbau der Polymere 11. Anwendung Herstellung von Roh-Silizium • • • Um Reinst-Silizium herzustellen benötigt man als erstes Roh-Silizium Roh-Silizium wird mit Fels-Quarz bzw. mit Kiesel-Quarz, das eine hohe Reinheit besitzt (ü. 99 %), und verschiedenen Mischungen von Kohle, Koks, Holzkohlearten und Holzschnitzel, die von der Reinheit, Elektrischem Widerstand und Preis abhängig gemacht Beim Herstellen von Roh-Silizium wird Siliziumoxid im Niederschachtofen mit Kohle/Koks Reduziert – Reaktionsgleichung : • SiO2 + c2 Si + 2CO – Dabei darf Silizium nicht mit einem oder 3 Kohlenstoffteilchen (C) Reduzieren • SiO2 + C/3C SiO + CO/3CO Reduktion des Siliziumoxid 2. Stufe des Roh- Silizium • Als 2, wird das Roh-Silizium im Wirbelschicht-Reaktor weiterverarbeitet – Das Roh-Silizium wird in einer chemischen Reaktion zu Trichlorsilan (SiHCI) • Si + 3HCi SiHCI3 + H2 – Dabei wird das Roh- Silizium (0,1mm Korngröße) mit Chlorwasserstoff durchwirbelt • Das hat auch als Effekt, dass das Trichlorisal von Verunreinigungen befreit wird Trichlorsilan Herstellung 3. Stufe (Trichlorsilan) • In der letzten Stufe wird mit Hilfe von Wasserstoff polykristallens Reins-Silizium hergestellt – 4SIHCI3 + 2H2 3Si + SiCL3 + H2 – Das Trichlorsilan wird mit Wassestoff in einem Abscheidungsreaktor an Reinst-Silizium-Dünnstäben, die durch einen direkten Stromdurchgang auf 1100° erhitzt werden, umgesetzt dadurch scheidet sich das Silizium an den Dünnstäben ab und wird immer dicker. Dann muss man den Strom, der durch die Stäbe fließt erhöhen um die Temperatur konstant zu halten so entstehen Reinst-Silizium Stäbe, einen Durchmesser von 200mm und eine länge von 2000mm. Tiegelziehen • Beim Tiegelziehen wir das Silizium unter zugabe des Dotierstoffes in einen Quarztiegel verwandelt – Dabei wird eine spezielle Schmelze verwendet – Durch langsames herausziehen und rotieren des Kristalles erstarrt er und wird zu einem Einkrisstall, der bei einem Durchmesse von 200mm ein Gewicht bis zu 100 kg besitzt Einkristall Herstellung von Wafern (Scheiben 1/2) • • • Um Halbleiterbauelemente herzustellen braucht man Wafer, das sind Siliziumscheiben, die mit einer Sägemaschine geschnitten werden. – Die Sägeklinge besteht aus einer Diamantenklinge Es werden exakt genaue Schnitte durchgeführt, wobei nur ein minimaler Materialverlust entsteht Dann muss das Silizium mit 2 Metallplatten noch geschliffen werden (siehe nächste Seite) dies Geschieht durch 2 Metallplatten, die gegeneinander rotieren dazu kommt noch ein Schleifmittel (Silizium-Karbird) Herstellung von Wafern (Scheiben 2/2) • • Dann werden noch die Oberflächen der Wafer in eine Lauge eingelegt, sodass sich die Kristallstörungen (damage) , die durch die mechanische Verarbeitung entstanden ist, entfernt. Zum Schluss werden die Siliziumscheiben sorgfältig poliert – Dies ist sehr schwierig, weil die Politur das einerseits atomare Kristallgefüge nicht verletzen darf, aber sie muss auch weniger als 1/1000 mm ebene Oberfläche ergeben Schleifmaschine Poliermaschine Polymerelektronik Je nach chemischem Aufbau können Polymere elektrisch leitende, halbleitende oder isolierende Eigenschaften haben. Die Isolationsfähigkeit der „normalen“ Polymere wird schon seit Beginn des 20. Jahrhunderts in der Elektrotechnik, beispielsweise als isolierende Hülle von Kabeln, genutzt. Anfang der 1970er Jahre wurden erstmals auch elektrisch leitfähige und halbleitende Polymere hergestellt und charakterisiert. Für Verdienste auf diesem Gebiet wurde im Jahr 2000 der Nobelpreis für Chemie an Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid und Hideki Shirakawa verliehen. Durch den Einsatz dieser neuartigen Materialien für elektronische Anwendungen wurde der Begriff „Polymerelektronik“ geprägt Transistor aus Polymeren Stoffen Transistoren aus Polymeren Stoffen sind gegenüber normalen Transistoren deutlich besser gegen Umwelteinflüsse geschützt. Zum Beispiel können sie nicht rosten und sind sehr viel widerstandsfähiger da sie aus Polymeren Stoffen sind (z.B. Plastik) , darum werden die Polymeren Transistoren (fast) nur noch verwendet ,da sie eine längere Lebensdauer haben. Aufbau der Polymere Das Grundgerüst der elektronischen Polymere sind Polymerhauptketten, die aus einer streng alternierenden Abfolge von Einfach- und Doppelbindungen bestehen. Diese Polymere besitzen dadurch ein delokalisiertes Elektronensystem, welches Halbleitereigenschaften, und nach chemischer Dotierung Leitfähigkeit ermöglicht. Anwendung Neben den reinen leitfähigen oder halbleitenden Eigenschaften können diese Materialien auch unter gewissen Umständen Licht aussenden. Dies ermöglicht den Einsatz in organischen Leuchtdioden (OLED). Der umgekehrte Effekt, Licht zu absorbieren und in elektrische Energie zu verwandeln, ermöglicht die Anwendung in organischen Solarzellen (organische Photovoltaik). Zudem können diese Polymere als Sensoren oder auch als organische Speicher eingesetzt werden. Mit organischen Feldeffekttransistoren (OFET) können integrierte Schaltungen aufgebaut werden. Auch Anwendungen als elektronisches Papier erscheinen realisierbar. Quellen • http://de.wikipedia.org/wiki/Organische_Elektronik http://de.wikipedia.org/wiki/Organischer_Feldeffekttransistor http://www.uni-protokolle.de/nachrichten/id/26873/ http://www.physik.tu-cottbus.de/physik/ap2/paper/ForumB1.htm http://www.vi-anec.org/Hardware/HW07/HW07-home.html Hr. Sturra´s Buch ( Chemie – Grundlagen der Mikrotechnologie aus dem Jahre 1994)
