WAS IST EIN HALBLEITER?
Ein Halbleiterbauelement ist ein elektronisches Bauteil, das elektrische Leitfähigkeit nutzt, aber Eigenschaften aufweist, die zwischen denen eines Leiters, beispielsweise Kupfer, und denen eines Isolators, beispielsweise Glas, liegen. Diese Bauelemente nutzen elektrische Leitfähigkeit im festen Zustand im Gegensatz zur Leitfähigkeit im gasförmigen Zustand oder zur thermionischen Emission im Vakuum und haben in den meisten modernen Anwendungen Vakuumröhren ersetzt.
Halbleiter werden am häufigsten in integrierten Schaltkreisen eingesetzt. Unsere modernen Computergeräte, darunter Mobiltelefone und Tablets, enthalten möglicherweise Milliarden winziger Halbleiter, die auf einzelnen Chips zusammengefügt sind und auf einem einzigen Halbleiterwafer miteinander verbunden sind.
Die Leitfähigkeit eines Halbleiters kann auf verschiedene Weise manipuliert werden, beispielsweise durch die Einwirkung eines elektrischen oder magnetischen Felds, durch Licht- oder Wärmeeinwirkung oder durch die mechanische Verformung eines dotierten monokristallinen Siliziumgitters. Obwohl die technische Erklärung recht detailliert ist, hat die Manipulation von Halbleitern unsere aktuelle digitale Revolution erst ermöglicht.
WIE WIRD ALUMINIUM IN HALBLEITERN VERWENDET?
Aluminium zeichnet sich durch zahlreiche Eigenschaften aus, die es zur bevorzugten Wahl für den Einsatz in Halbleitern und Mikrochips machen. Beispielsweise haftet Aluminium hervorragend an Siliziumdioxid, einem Hauptbestandteil von Halbleitern (daher stammt auch der Name „Silicon Valley“). Seine elektrischen Eigenschaften, insbesondere der geringe elektrische Widerstand und die hervorragende Kontaktierung mit Drahtverbindungen, sind ein weiterer Vorteil von Aluminium. Wichtig ist auch die einfache Strukturierung von Aluminium in Trockenätzverfahren, einem entscheidenden Schritt bei der Herstellung von Halbleitern. Andere Metalle wie Kupfer und Silber bieten zwar eine bessere Korrosionsbeständigkeit und elektrische Belastbarkeit, sind aber auch deutlich teurer als Aluminium.
Eine der häufigsten Anwendungen von Aluminium in der Halbleiterherstellung ist die Sputtertechnologie. Die nanometerdünne Schichtung von hochreinen Metallen und Silizium auf Mikroprozessor-Wafer erfolgt durch ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (Sputtern). Dabei wird Material von einem Target abgeschieden und in einer Vakuumkammer, die zur Erleichterung des Verfahrens mit einem Gas gefüllt wurde – üblicherweise einem Inertgas wie Argon – auf einer Silizium-Substratschicht abgeschieden.
Die Trägerplatten dieser Targets bestehen aus Aluminium, auf dessen Oberfläche hochreine Abscheidungsmaterialien wie Tantal, Kupfer, Titan, Wolfram oder 99,9999 % reines Aluminium aufgebracht sind. Durch fotoelektrisches oder chemisches Ätzen der leitfähigen Oberfläche des Substrats entstehen die mikroskopischen Schaltungsmuster, die für die Funktion des Halbleiters erforderlich sind.
Die in der Halbleiterverarbeitung am häufigsten verwendete Aluminiumlegierung ist 6061. Um die beste Leistung der Legierung sicherzustellen, wird im Allgemeinen eine schützende Eloxalschicht auf die Oberfläche des Metalls aufgetragen, die die Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Da es sich um hochpräzise Bauteile handelt, müssen Korrosion und andere Probleme genau beobachtet werden. Es gibt mehrere Faktoren, die zur Korrosion von Halbleiterbauelementen beitragen, beispielsweise die Verpackung in Kunststoff.