Silicon Termisk ledningsevne materialegenskaper

Integrerte kretser er hjernen i nesten alle moderne enhet, fra mobiltelefon til bærbar datamaskin til romstasjonen. En integrert krets, på størrelse med et frimerke, kan inneholde mer enn en milliard transistorer. Denne ekstreme miniatyrisering krever temperaturjevnhet over silisiumskiver som kretsene er bygget. Termisk konduktivitet (representert som "k") er et mål på hvor lett et materiale som leder varme. Det er en kritisk parameter for å bestemme og å designe for temperaturjevnhet.

fakta

Termisk konduktivitet er en av mange termiske egenskapene til materialet silisium. Andre egenskaper inkluderer spesifikke varme (0,70 Joule per gram grad Kelvin), som bidrar til å bestemme effekten som er nødvendig for å heve temperaturen av skiven, kokepunkt (2,628 grader Kelvin), smeltepunkt (1683 K), kritisk temperatur (5159 K), termisk diffusivitet (0,9 cm2 per sekund), lineær termisk ekspansjon eller termisk ekspansjonskoeffisient (2,6 • 10-6 C-1), Debye temperatur (640 K) og andre.

verdier

Termiske forandringer ledningsevne som temperaturendringer. "Du må holde den nødvendige driftstemperatur i tankene når du bruker varmeledningsevne for å fastslå temperaturfordeling over wafer," advarer Michael Klebig, et Silicon Valley salgsingeniør som spesialiserer seg på bruk av varme i halvledere wafer behandling. "Feil varmeledningsevne betyr at du ikke oppnå den temperaturen ensartethet du trenger og ytelsen til enhetene vil bli kompromittert. Hvis det er ille nok, vil du ikke være i stand til å fortsette til neste trinn av halvledere prosess sekvens. Den wafer vil være ubrukelig ".

Urenheter

Det finnes to typer av urenheter i silisium-chip produksjonsprosessen. For det første er urenheter som ligger i det opprinnelige silisium ingot. Den andre typen av urenheter er kjent som et dopemiddel, en urenhet med hensikt innført i fremstillingsprosessen for å forandre de elektriske egenskapene til silisium i bestemte, synlige områder på en wafer. Etter hvert som nivået av urenheter øker, minsker varmeledningsevne. "Når du utformer for temperatur ensartethet, må du foreta justeringer som svar på den nedre ledningsevne verdien av dopet silisium," sier Klebig. "Dopet silisium over 100 grader Kelvin har ubetydelig innvirkning på varmeledningsevne."

Expert Insight

Bestemme temperatur ensartethet ved bruk av varmeledningsevne og andre termiske egenskaper er en svært kompleks oppgave. "Som et resultat," sier Klebig, "du bør bruke mest kjente metoder når du utformer for temperatur ensartethet, for eksempel 3D termisk finite element analyse (FEA) datamodellering. Store tekniske organisasjoner vanligvis har sine egne FEA modellering grupper. Hvis du don ' t har tilgang til en slik ressurs i din bedrift, ta kontakt med en FEA ingeniørfirma. "

Advarsel

Vær oppmerksom på at varmeledningsevne materialegenskaper er forskjellige for silisium i flytende form. Flytende silisium har tre ganger så varmeledningsevne av fast silisium.