Halbleitertechnologie von A bis Z

Alles über Halbleiter und die Waferfertigung

Silicium

Silicium ist das Halbleitermaterial schlechthin. Es ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und liegt meist als Siliciumdioxid vor; Silicium gibt es also sprichwörtlich wie Sand am Meer.

Nur auf Silicium lassen sich die für die Halbleiterindustrie unerlässlichen Oxidschichten aufbringen (SiO2 ist der beste Isolator), ebenso ist die Realisierung anderer Schichten auf Silicium wesentlich einfacher und somit günstiger als auf anderen Halbmetallen. Zudem lässt sich Silicium sehr einfach dotieren um gezielt die Leitfähigkeit zu verändern. Auch sind andere Halbleiter wie Germanium oder Galliumarsenid mitunter sehr giftig. Verbindungen mit Silicium sind zudem sehr langlebig und stabil.

Voraussetzung für den Einsatz von Silicium in der Halbleiterfertigung ist jedoch, dass das Silicium in einer hochreinen Form, als Einkristall, vorliegt. Das beudetet, dass die Siliciumatome im Kristallgitter regelmäßig angeordnet sind. Mittels Czochralski-Verfahren oder dem Tiegelfreien Zonenziehen werden die Einkristalle hergestellt. Sogenanntes Polysilicium (Vielkristall) besteht aus lauter kleinen Einkristallen. Während das einkristalline Silicium als Wafer die Grundlage für die Mikroelektronik ist, wird polykristallines Silicium in verschiedenen Bereichen als Schicht auf dem Wafer erzeugt, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen (z.B. Maskierschicht, Gate im Transistor). Es lässt sich leicht erzeugen und ist sehr gut strukturierbar. Des Weiteren gibt es noch amorphes Silicium, welches keinen regelmäßen Gitteraufbau, sondern eine ungeordnete Gitterstruktur besitzt.

Im PSE finden wir Silicium an Position 14, in der 4. Hauptgruppe in der 3. Periode. Silicium besitzt 14 Elektronen, davon 4 Valenzelektronen. Durch den Einbau von Elementen mit drei (z.B. Bor) oder fünf (z.B. Phosphor) Valenzelektronen in einen Siliciumeinkristall lässt sich das Halbmetall dotieren.

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