Het brein van moderne technologie
Ultrazuiver silicium voor microchips
Silicium is het op één na meest voorkomende element op aarde. Het is werkelijk overal om ons heen. Maar, het komt in de natuur alleen voor in combinatie met andere elementen. Zoals in zand, kwarts en ander gesteente. Voor de productie van een microchip is een zuiver kristal nodig. En dat kan worden gevormd onder vacuüm.
Microchips zijn niet meer weg te denken uit de moderne samenleving. Ze vormen het brein van elektronische apparaten en worden gebruikt in de entertainment- en auto-industrie. Maar nu we steeds verder komen in het tijdperk van slimme technologie duiken microchips op zeer verrassende plekken op. In kinderspeelgoed, wasmachines en zelfs in het paspoort.
Eén kristal gevormd uit heel veel kleine
De productie van elke microchip begint met polysilicium. Een vorm van silicium dat bestaat uit meerdere kleine kristallen. Maar de elektronica-industrie vraagt om ultrazuiver silicium. Dit betekent doorgaans tussen 99,999% en 99,999999999%. Oftewel op één miljard siliciumatomen mag er maximaal één een niet-siliciumatoom zijn. Voor de productie van een microchip wordt polysilicium omgezet in een enkel kristal. Bekend als monokristallijn silicium. Dit is cruciaal, omdat de korrelgrenzen en onregelmatigheden in de kristalstructuur van polysilicium de prestaties van een microchip verminderen. Er zijn verschillende methoden om monokristallijn silicium te produceren. De meest gebruikte is het Czochralskiproces. Hierbij wordt onder vacuüm een siliciumkristal gekweekt.
Zaadkristallen
Bij de productie wordt uit een entkristal een monokristallijn silicium 'getrokken'. Deze methode verwijst naar verschillende technologieën met twee hoofdcomponenten. Een vacuümoven en een mechanisme dat het kristal in de mal trekt. Polysilicium wordt in de kamer van een vacuümoven verhit tot extreem hoge temperaturen, zo'n 1410 °C. Een klein stukje monokristallijn silicium - het zogenaamde zaadkristal - wordt in het midden geplaatst. En terwijl het wordt gedraaid langzaam omhoog getrokken. Het gesmolten silicium wordt samen met het zaadkristal omhoog getrokken en stolt tijdens het proces. Hierdoor ontstaat een lange, cilindrische staaf van zuiver silicium. Gesmolten silicium is zeer reactief. Om de hoge zuiverheid te behouden mag het niet in contact komen met omgevingslucht. Daarom wordt met een vacuümpomp de lucht uit de kamer verwijderd. Dit creëert zowel een contaminatievrije groeiomgeving als een kristal van de hoogste kwaliteit. De zuiverste basis voor de halfgeleidersindustrie.
Eén kristal gevormd uit heel veel kleine
De productie van elke microchip begint met polysilicium. Een vorm van silicium dat bestaat uit meerdere kleine kristallen. Maar de elektronica-industrie vraagt om ultrazuiver silicium. Dit betekent doorgaans tussen 99,999% en 99,999999999%. Oftewel op één miljard siliciumatomen mag er maximaal één een niet-siliciumatoom zijn. Voor de productie van een microchip wordt polysilicium omgezet in een enkel kristal. Bekend als monokristallijn silicium. Dit is cruciaal, omdat de korrelgrenzen en onregelmatigheden in de kristalstructuur van polysilicium de prestaties van een microchip verminderen. Er zijn verschillende methoden om monokristallijn silicium te produceren. De meest gebruikte is het Czochralskiproces. Hierbij wordt onder vacuüm een siliciumkristal gekweekt.
Zaadkristallen
Bij de productie wordt uit een entkristal een monokristallijn silicium 'getrokken'. Deze methode verwijst naar verschillende technologieën met twee hoofdcomponenten. Een vacuümoven en een mechanisme dat het kristal in de mal trekt. Polysilicium wordt in de kamer van een vacuümoven verhit tot extreem hoge temperaturen, zo'n 1410 °C. Een klein stukje monokristallijn silicium - het zogenaamde zaadkristal - wordt in het midden geplaatst. En terwijl het wordt gedraaid langzaam omhoog getrokken. Het gesmolten silicium wordt samen met het zaadkristal omhoog getrokken en stolt tijdens het proces. Hierdoor ontstaat een lange, cilindrische staaf van zuiver silicium. Gesmolten silicium is zeer reactief. Om de hoge zuiverheid te behouden mag het niet in contact komen met omgevingslucht. Daarom wordt met een vacuümpomp de lucht uit de kamer verwijderd. Dit creëert zowel een contaminatievrije groeiomgeving als een kristal van de hoogste kwaliteit. De zuiverste basis voor de halfgeleidersindustrie.
Zuiverste plekken op aarde
Echt zuivere lucht bestaat niet in de natuur. Dit is bijvoorbeeld zichtbaar als op een zonnige dag stof danst in zonnestralen. En inderdaad. Een gemiddeld kantoor heeft tot 3.500.000.000 kleine deeltjes in elke kubieke meter lucht. Sommige onzichtbaar voor het blote oog. In bepaalde productieprocessen kan dit leiden tot verontreiniging van producten. Denk hierbij aan de lucht- en ruimtevaartindustrie, de halfgeleider en de farmaceutische industrie. Cleanrooms zijn daarom essentieel. De meest secure laten slechts 10 minuscule deeltjes van ≥ 0,1 μm per kubieke meter toe. Ruwweg te vergelijken met één sesamzaadje in een olympisch zwembad.
Beheerders van cleanrooms gebruiken verschillende methoden om ze vrij van verontreiniging te houden. Dit varieert van beschermende pakken en maskers tot luchtdouches. Hierbij worden werknemers met lucht afgeblazen om achtergebleven deeltjes te verwijderen. In een halfgeleiderfabriek zijn zelfs parfums, make-up en haarproducten een absolute no-go. Hier kan zelfs het kleinste deeltje een batch wafers onbruikbaar maken.
Dus echt frissee lucht nodig? Vergeet die wandeling op het platteland. De schoonste lucht op aarde is in een cleanroom.
Echt zuivere lucht bestaat niet in de natuur. Dit is bijvoorbeeld zichtbaar als op een zonnige dag stof danst in zonnestralen. En inderdaad. Een gemiddeld kantoor heeft tot 3.500.000.000 kleine deeltjes in elke kubieke meter lucht. Sommige onzichtbaar voor het blote oog. In bepaalde productieprocessen kan dit leiden tot verontreiniging van producten. Denk hierbij aan de lucht- en ruimtevaartindustrie, de halfgeleider en de farmaceutische industrie. Cleanrooms zijn daarom essentieel. De meest secure laten slechts 10 minuscule deeltjes van ≥ 0,1 μm per kubieke meter toe. Ruwweg te vergelijken met één sesamzaadje in een olympisch zwembad.
Beheerders van cleanrooms gebruiken verschillende methoden om ze vrij van verontreiniging te houden. Dit varieert van beschermende pakken en maskers tot luchtdouches. Hierbij worden werknemers met lucht afgeblazen om achtergebleven deeltjes te verwijderen. In een halfgeleiderfabriek zijn zelfs parfums, make-up en haarproducten een absolute no-go. Hier kan zelfs het kleinste deeltje een batch wafers onbruikbaar maken.
Dus echt frissee lucht nodig? Vergeet die wandeling op het platteland. De schoonste lucht op aarde is in een cleanroom.