So entstehen die Gehirne der modernen Technologie
Reinstsilizium für Mikrochips
Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Wir sind überall davon umgeben. In der Natur kommt es jedoch nur in Verbindung mit weiteren Elementen wie Sand, Quarz und anderen Gesteinen vor. Für die Herstellung eines Mikrochips wird ein reiner Kristall benötigt. Dieser kann unter Vakuum entstehen – mithilfe einer Vakuumpumpe von Busch.
Mikrochips sind aus unserer modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Sie sind das Gehirn elektronischer Geräte und werden am häufigsten in der Unterhaltungs- und Automobilindustrie eingesetzt. Je weiter wir in das Zeitalter der intelligenten Technologie vordringen, desto häufiger tauchen Mikrochips an den überraschendsten Stellen auf: in Kinderspielzeug, in Waschmaschinen, sogar in Ihrem Reisepass.
Ein Kristall, entstanden aus vielen kleinen
Die Geschichte jedes Mikrochips beginnt mit Polysilizium, eine Form von Silizium, die aus mehreren kleinen Kristallen besteht. Für die Elektronikindustrie muss das Silizium von höchster Reinheit sein. Das bedeutet in der Regel zwischen 99,999 % und 99,999999999 % – es darf also nicht mehr als ein Nicht-Silizium-Atom auf eine Milliarde Silizium-Atome kommen. Um einen Mikrochip herzustellen, muss Polysilizium in einen einzigen Kristall, das sogenannte monokristalline Silizium, umgewandelt werden. Das ist für die Mikrochip-Produktion von entscheidender Bedeutung, denn die Korngrenzen und Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur von Polysilizium würden sonst die Leistung des fertigen Mikrochips beeinträchtigen. Es gibt mehrere Methoden zur Herstellung monokristallinen Siliziums, am häufigsten kommt jedoch das Czochralski-Verfahren zum Einsatz, bei dem ein Siliziumkristall unter Vakuum gezüchtet wird.
Entstehung aus Impfkristallen
Monokristallines Silizium wird mithilfe eines sogenannten Pullers hergestellt. Hinter diesem Namen verbergen sich verschiedene Technologien mit zwei Hauptbestandteilen: ein Vakuumofen und ein Mechanismus, der den Kristall in seine Form zieht. In der Kammer des Vakuumofens wird Polysilizium auf extrem hohe Temperaturen von etwa 1410 °C erhitzt. Ein kleines Stück monokristallines Silizium, der sogenannte Impfkristall, wird in der Mitte platziert und dann langsam nach oben gezogen und dabei gedreht. Das geschmolzene Silizium wird zusammen mit dem Impfkristall nach oben gezogen, und verfestigt sich dabei. Auf diese Weise entsteht ein langer, zylindrischer Stab aus reinem Silizium. Geschmolzenes Silizium ist hochreaktiv und sollte daher nicht mit der Umgebungsluft in Berührung kommen, um seine hohe Reinheit zu erhalten. Daher wird die Luft mit einer Vakuumpumpe von Busch aus der Kammer abgesaugt. So entstehen sowohl eine kontaminationsfreie Wachstumsumgebung als auch ein Kristall von höchster Qualität, der bereit ist, seinen langen Weg durch die Haltleiterfabrik fortzusetzen und zu einem Mikrochip zu werden.
Ein Kristall, entstanden aus vielen kleinen
Die Geschichte jedes Mikrochips beginnt mit Polysilizium, eine Form von Silizium, die aus mehreren kleinen Kristallen besteht. Für die Elektronikindustrie muss das Silizium von höchster Reinheit sein. Das bedeutet in der Regel zwischen 99,999 % und 99,999999999 % – es darf also nicht mehr als ein Nicht-Silizium-Atom auf eine Milliarde Silizium-Atome kommen. Um einen Mikrochip herzustellen, muss Polysilizium in einen einzigen Kristall, das sogenannte monokristalline Silizium, umgewandelt werden. Das ist für die Mikrochip-Produktion von entscheidender Bedeutung, denn die Korngrenzen und Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur von Polysilizium würden sonst die Leistung des fertigen Mikrochips beeinträchtigen. Es gibt mehrere Methoden zur Herstellung monokristallinen Siliziums, am häufigsten kommt jedoch das Czochralski-Verfahren zum Einsatz, bei dem ein Siliziumkristall unter Vakuum gezüchtet wird.
Entstehung aus Impfkristallen
Monokristallines Silizium wird mithilfe eines sogenannten Pullers hergestellt. Hinter diesem Namen verbergen sich verschiedene Technologien mit zwei Hauptbestandteilen: ein Vakuumofen und ein Mechanismus, der den Kristall in seine Form zieht. In der Kammer des Vakuumofens wird Polysilizium auf extrem hohe Temperaturen von etwa 1410 °C erhitzt. Ein kleines Stück monokristallines Silizium, der sogenannte Impfkristall, wird in der Mitte platziert und dann langsam nach oben gezogen und dabei gedreht. Das geschmolzene Silizium wird zusammen mit dem Impfkristall nach oben gezogen, und verfestigt sich dabei. Auf diese Weise entsteht ein langer, zylindrischer Stab aus reinem Silizium. Geschmolzenes Silizium ist hochreaktiv und sollte daher nicht mit der Umgebungsluft in Berührung kommen, um seine hohe Reinheit zu erhalten. Daher wird die Luft mit einer Vakuumpumpe von Busch aus der Kammer abgesaugt. So entstehen sowohl eine kontaminationsfreie Wachstumsumgebung als auch ein Kristall von höchster Qualität, der bereit ist, seinen langen Weg durch die Haltleiterfabrik fortzusetzen und zu einem Mikrochip zu werden.
Die reinsten Orte der Erde
In der Natur gibt es keine wirklich reine Luft. Das wird uns an sonnigen Tagen vor Augen geführt, wenn wir plötzlich sehen, wie der Staub in einem Sonnenstrahl um uns herumtanzt. Und in der Tat befinden sich in einem durchschnittlichen Büro in jedem Kubikmeter Luft bis zu 3.500.000.000 winzige Partikel, von denen einige für das bloße Auge unsichtbar sind. In bestimmten Produktionsprozessen, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt, der Halbleiter- und der Pharmaindustrie, kann dieser ansonsten normale Teil des Lebens jedoch zu einer Verunreinigung von Produkten führen. Reinräume sind daher unabdingbar. Die strengsten erlauben nur 10 winzige Partikel von ≥ 0,1 μm pro Kubikmeter – das ist in etwa mit einem einzigen Sesamkorn in einem olympischen Schwimmbecken vergleichbar.
Die Betreiber von Reinräumen verwenden eine Vielzahl von Methoden, um diese frei von Verunreinigungen zu halten. Sie reichen von Schutzanzügen und Masken bis hin zu Luftduschen, in denen die Arbeiter mit Luft angeblasen werden, um verbleibende Partikel zu entfernen. In einer Halbleiterfabrik sind sogar Parfüms, Make-up und Haarprodukte ein No-Go, da selbst kleinste Partikel eine Charge Wafer zerstören können.
Wenn Sie also wirklich frische Luft brauchen, sollten Sie den Spaziergang auf dem Lande vergessen. Die sauberste Luft auf unserem Planeten ist in einem Reinraum zu finden.
In der Natur gibt es keine wirklich reine Luft. Das wird uns an sonnigen Tagen vor Augen geführt, wenn wir plötzlich sehen, wie der Staub in einem Sonnenstrahl um uns herumtanzt. Und in der Tat befinden sich in einem durchschnittlichen Büro in jedem Kubikmeter Luft bis zu 3.500.000.000 winzige Partikel, von denen einige für das bloße Auge unsichtbar sind. In bestimmten Produktionsprozessen, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt, der Halbleiter- und der Pharmaindustrie, kann dieser ansonsten normale Teil des Lebens jedoch zu einer Verunreinigung von Produkten führen. Reinräume sind daher unabdingbar. Die strengsten erlauben nur 10 winzige Partikel von ≥ 0,1 μm pro Kubikmeter – das ist in etwa mit einem einzigen Sesamkorn in einem olympischen Schwimmbecken vergleichbar.
Die Betreiber von Reinräumen verwenden eine Vielzahl von Methoden, um diese frei von Verunreinigungen zu halten. Sie reichen von Schutzanzügen und Masken bis hin zu Luftduschen, in denen die Arbeiter mit Luft angeblasen werden, um verbleibende Partikel zu entfernen. In einer Halbleiterfabrik sind sogar Parfüms, Make-up und Haarprodukte ein No-Go, da selbst kleinste Partikel eine Charge Wafer zerstören können.
Wenn Sie also wirklich frische Luft brauchen, sollten Sie den Spaziergang auf dem Lande vergessen. Die sauberste Luft auf unserem Planeten ist in einem Reinraum zu finden.