Información sobre el grafito en la producción de semiconductores

En la pujante industria de los semiconductores, todo tipo de materiales es crucial. El grafito puede parecer ordinario, pero es indispensable en la producción de semiconductores con sus propiedades únicas, desde las características hasta las aplicaciones, para promover el progreso tecnológico.

¿Es el grafito un semiconductor?

No, no es así. La conductividad de los semiconductores está entre la de los conductores y la de los aislantes, y sus propiedades eléctricas se ven muy afectadas por la temperatura y las impurezas. Y tienen una estructura de bandas única, que puede cambiar mucho las propiedades conductoras mediante el dopaje. Aunque el grafito conduce bien la electricidad, sus cristales están dispuestos en capas hexagonales y conducen la electricidad mediante grandes enlaces π deslocalizados. No existe una estructura de bandas que pueda regularse con precisión, y las propiedades eléctricas no pueden modificarse significativamente mediante el dopaje convencional. Por tanto, no es un semiconductor, sino un material de carbono especial.

Propiedades básicas del grafito

Propiedades físicas

Estructura cristalina

El grafito tiene una estructura cristalina en capas típica. Cada capa de átomos de carbono está dispuesta en una red plana bidimensional hexagonal densa. Y el carbono en el plano está conectado por enlaces covalentes, la longitud de enlace es de aproximadamente 0,142nm, el ángulo de enlace es de 120°. Y sobre la capa actúa una débil fuerza de Van der Waals, lo que confiere al grafito unas propiedades físicas únicas.

Densidad y dureza

Su densidad es de unos 2,09-2,23g /cm³, lo que tiene ventajas en escenarios donde se requiere peso. La dureza Mohs es de sólo 1-2, y la textura es blanda. Y las capas son fáciles de deslizar relativamente bajo la acción de fuerzas externas.

Propiedades químicas

Estabilidad química

A temperatura y presión normales, tiene una excelente estabilidad química. No es fácil que reaccione con reactivos comunes y puede mantener una estructura y un rendimiento estables en entornos químicos agresivos. Esto se debe a la estructura de enlace covalente entre átomos de carbono, que puede resistir la mayoría de los ataques químicos convencionales.

Características de reacción con reactivos habituales en la producción de semiconductores

Los reactivos oxidantes o corrosivos fuertes, como el ácido fluorhídrico y el ácido nítrico, se utilizan habitualmente en la producción de semiconductores. En general, no reacciona significativamente con estos reactivos, como por ejemplo casi ningún efecto con el ácido fluorhídrico. Además, puede mantener la integridad estructural y el funcionamiento del equipo de producción.

Aplicación del grafeno en todos los aspectos de la producción de semiconductores

Fabricación de obleas

En el proceso de fabricación de obleas, puede utilizarse principalmente para sistemas de calefacción y soporte. El crecimiento de las obleas requiere un control preciso de la temperatura, por lo que los calentadores de grafito tienen una buena conductividad eléctrica y térmica. Pueden convertir rápida y uniformemente la energía eléctrica en calor, proporcionando un entorno estable de alta temperatura para el crecimiento de las obleas. Las piezas de soporte hechas de grafito pueden soportar altas temperaturas, garantizar la estabilidad de la oblea durante el proceso de crecimiento. Y ayudan a mejorar la calidad de la oblea y la eficiencia de la producción.

Fotolitografía

La fotolitografía es un paso crucial en la fabricación de semiconductores, que requiere un posicionamiento de alta precisión y un entorno de trabajo estable. Se pueden utilizar materiales de grafito para fabricar la plataforma de rodamiento y algunos componentes clave de los equipos de litografía. Por su buena estabilidad mecánica y su bajo coeficiente de dilatación térmica. En el proceso de litografía, puede garantizar la precisión de posición relativa entre la máscara litográfica y la oblea. Y reducir el error de litografía causado por la expansión térmica y la contracción en frío, para mejorar la resolución y la precisión de la litografía.

Grabado y deposición

En el proceso de grabado y deposición, el grafito también desempeña un papel importante. En el proceso de grabado, el electrodo de grafito de alta pureza se utiliza en la máquina de grabado. Puede producir un plasma estable bajo la acción de un campo eléctrico y realizar un grabado preciso de los materiales semiconductores. En el proceso de deposición, la base de grafito se utiliza para la deposición química en fase vapor (CVD) y otros procesos. Proporciona un soporte estable y un entorno de reacción para el crecimiento de la película. Su estabilidad a altas temperaturas y su inercia química le permiten mantener un rendimiento estable durante estos procesos de alta temperatura y alta energía. Y garantizar la calidad y uniformidad del grabado y la deposición.

Piezas de grafito en la fabricación de semiconductores

Calentador de grafito

El calentador de grafito se utiliza habitualmente en los elementos calefactores de la fabricación de semiconductores. Tiene baja resistencia, calentamiento rápido, puede alcanzar altas temperaturas en poco tiempo, distribución uniforme de la temperatura. En el recocido de obleas, el crecimiento epitaxial y otros procesos que requieren un calentamiento rápido y un control preciso de la temperatura, puede satisfacer los exigentes requisitos de temperatura. Y garantiza la optimización de las propiedades de los materiales semiconductores.

Crisol de grafito (silicio monocristalino)

Crisol de grafito se utiliza ampliamente en la producción de silicio monocristalino. El crecimiento del silicio monocristalino necesita un entorno puro a alta temperatura, tiene una alta resistencia a la temperatura y una buena estabilidad química. No contamina el silicio monocristalino. Además, tiene una buena conducción del calor y una transferencia de calor uniforme, lo que ayuda al crecimiento estable del silicio monocristalino. silicio monocristalino y mejora la calidad y el rendimiento.

Base de grafito (CVD)

En la deposición química de vapor (CVD), es la clave. Proporciona una superficie estable para la reacción en fase gaseosa y facilita la reacción de los reactivos gaseosos en las películas. La planitud de su superficie y su estabilidad térmica están relacionadas con la calidad y la uniformidad de la película. Y una buena conductividad térmica garantiza que la temperatura de la superficie de la base sea uniforme y que la calidad de la película sea constante.

Electrodo de grafito de alta pureza (máquina de grabado)

En la máquina de grabado, se puede utilizar para generar plasma y conseguir un grabado preciso de los materiales semiconductores. Tiene buena conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, puede trabajar de forma estable en entornos de alta tensión, fuerte campo eléctrico y gas corrosivo. Su alta pureza puede evitar la introducción de impurezas durante el grabado, para garantizar la precisión del grabado y el rendimiento del dispositivo.

Moldes de grafito para sinterización (dispositivos electrónicos)

Un gran número de moldes de grafito se utilizan para sinterizar dispositivos electrónicos. Tiene un buen rendimiento de mecanizado y se puede personalizar según las diferentes formas de los dispositivos electrónicos. Alta resistencia y estabilidad a altas temperaturas, puede soportar altas temperaturas y alta presión durante la sinterización. Garantiza la precisión de la forma y el tamaño de los dispositivos electrónicos en la sinterización, promueve la unión hermética del material interno. Y mejora el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo.

Ventajas de los materiales de grafito

Excelente resistencia a altas temperaturas

El punto de fusión del grafito alcanza 3652-3697 ℃, lo que puede soportar la temperatura extrema del proceso de alta temperatura de producción de semiconductores. Puede mantener la estabilidad de la estructura y ofrecer una garantía fiable para el tratamiento a alta temperatura.

Buena conductividad eléctrica y térmica

Tiene buena conductividad eléctrica, puede conducir rápidamente la corriente y generar plasma. Buena conductividad térmica, rápida transferencia de calor, propicio para mejorar la precisión y la eficiencia del control de la temperatura del proceso de producción de semiconductores.

Estabilidad mecánica y capacidad de transformación

Tiene textura blanda pero buena estabilidad mecánica a alta temperatura, puede utilizarse normalmente. El rendimiento de procesamiento es bueno, y se puede hacer a varias partes por corte y otros procesos para satisfacer las necesidades de producción.

Situación del mercado de materiales semiconductores de grafito

Con el vigoroso desarrollo de la industria de semiconductores, la demanda de materiales de grafito para semiconductores sigue aumentando. Y el mercado mundial no deja de crecer. Las empresas de materiales de renombre internacional, con ventajas tecnológicas y de capacidad de producción, ocupan una gran parte. Las empresas nacionales también están aumentando la inversión en investigación y desarrollo, para mejorar su competitividad. La tecnología de semiconductores avanza hacia obleas de alta precisión y gran tamaño, que exigen un mayor rendimiento de los materiales de grafito. Esto impulsa a los proveedores a seguir innovando y mejorando sus productos.

Conclusión

El grafito no es un semiconductor, pero en virtud de sus propiedades físicas y químicas únicas, desempeña un gran papel en todos los aspectos de la producción de semiconductores. Su resistencia a las altas temperaturas, su buena conductividad eléctrica y térmica, su estabilidad mecánica y su buen rendimiento de procesamiento lo convierten en un material indispensable para la producción.