| 2013-01-29

Wynaleziono tani sposób wytwarzania kryształów krzemowych - czy jednak na pewno?

Kryształy Krzem

Technologia wytwarzania układów elektronicznych bazująca na krzemie nadal ma się dobrze. Produkowane na bazie krzemowych wafli układy doczekały się w ostatnich latach istotnych usprawnień, zwłaszcza dla branży mobilnej, takich jak tranzystory FinFET. I to w obliczu odkrycia grafenu (wytworzono nawet wafel grafenowy). Trzeba jednak coś uczynić, by technologia krzemowa była konkurencyjna w przyszłości.

Niekoniecznie trzeba sięgać od razu po alternatywne dla grafenu materiały, takie jak silicen. Najpierw wystarczy obniżenie kosztów produkcji. Pośrednio pomóc może zastosowanie 450 mm wafli krzemowych. Nadzieje pokładane są także w nowatorskich, a zarazem tanich, technikach wytwarzania kryształów czystego krzemu. Jedna z nich opracowana na Uniwersytecie w Michigan pozwala produkować kryształy w niskich temperaturach. Czy jednak na pewno jej zastosowanie odczują nasze kieszenie?

Piasek

Krzem, a właściwie dwutlenek krzemu, stanowi aż 40% składu skorupy ziemskiej. Gdzie się nie spojrzeć, możemy zobaczyć dwutlenek krzemu, czyli piasek, w bardziej lub mniej czystej postaci, ale droga do kryształu krzemu jest daleka i najeżona przeszkodami. Ostateczny produkt - wafle krzemowe - to pocięty na plasterki pojedynczy kryształ krzemu. Porównajcie to do rozmiaru kryształków cukru i zrozumiecie w czym problem.

Najpopularniejszą techniką wytwarzania bardzo czystych polikryształów krzemu (o czystości > 99,9999999%) jest tak zwany proces Siemensa (1953). Jako wady tej technologii przytaczane są duże nakłady energetyczne wiążące się z wymogiem zapewnienia temperatury około 1100 stopni Celsjusza (do której rozgrzewane są poprzez przepływ prądu pręty krzemowe na których narasta kryształ). W tym procesie wytwarzane są kryształy, które cechuje dość duża niejednorodność.

Krzem polikryształ
Polikryształ krzemu. (foto: Warut Roonguthai/wikipedia
)

Monokryształy krzemu o bardzo dużej jednorodności i kształcie walca wytwarzane są z kolei w procesie Czochralskiego (1916) z roztopionego krzemu polikrystalicznego lub w procesie topienia strefowego (float-zone), dla którego wyjściowym materiałem są walce czystego polikrystalicznego krzemu. Tak wytworzony monokryształ, o wadze ponad 200 kilogramów, jest potem cięty na cienkie plastry i polerowany. Na tym etapie wytwarzania wafli krzemowych trzeba się liczyć ze stratami materiału, które sięgają nawet 50%.

Stephen Maldonado z Uniwersytetu w Michigan dąży do uproszczenia procesu wytwarzania kryształów czystego krzemu. Kluczem do sukcesu jest obniżenie temperatury w jakiej powstają kryształy do poziomu 82,2 stopnia Celsjusza. Jak podkreślają badacze, w nowym procesie jest wytwarzane znacznie mniej szkodliwego dwutlenku węgla.

Kryształy krzem wytwarzanie
Po lewej przed rozpoczęciem krystalizacji, po prawej po wytworzeniu kryształów krzemu.

Stephen Maldonado tak opisuje odkrycie. "Gdy w wodzie rozpuszczono tak dużo cukru, że roztwór staje się przesycony, to może zajść zjawisko spontanicznego powstawania dużych kryształów cukru. My zamiast wody wykorzystaliśmy ciekły metal, a zamiast cukru użyliśmy krzemu". Jak widać, inspiracji można szukać cofając się pamięcią do lat szkolnych lub myszkując w kuchni.

Brzmi prosto, ale w praktyce jest to bardziej skomplikowane. Naukowcy wykorzystali czterochlorek krzemu (SiCl4) w roztworze umieszczonym na elektrodzie, którą stanowiła warstwa ciekłego galu (Ga(l)). Dostarczone przez ten metal elektrony pozwoliły przetworzyć krzem zawarty w czterochlorku do postaci czystego krzemu, który rozpuścił się w galu, a następnie skrystalizował do postaci cienkiej ciemnej warstwy na powierzchni elektrody. Zastosowanie galu, który ma niską temperaturę topnienia, jest kluczem do obniżenia temperatury całego procesu. Prowadzone są eksperymenty również z innymi ciekłymi metalami o podobnych właściwościach.

Krystalizacja Krzem niska temperatura
Schemat prezentujący proces krystalizacji krzemu.

Naukowcy cieszą się jak dzieci, ale jednocześnie tonują optymizm. Marzy im się komercjalizacja procesu niskotemperaturowego wytwarzania kryształów czystego krzemu, a nawet jego uproszczenie z perspektywy liczby koniecznych reakcji chemicznych. Jednakże obecnie powstające kryształy, choć o regularnej strukturze, mają jedynie 500 nm (1/2000 milimetra) średnicy. Naukowcy żywią nadzieję na skalowanie się technologii tak, by umożliwiła ona powstawanie kryształów w skali makroskopowej.

Ogniwo słoneczne polikryształy krzemu
Pierwszym beneficjentem nowej technologii byłaby branża energetyczna wykorzystująca fotoogniwa słoneczne. (foto: Schott)

Trudno przewidzieć, czy technologia znajdzie zastosowanie podczas wytwarzania tradycyjnych wafli krzemowych. Być może, zanim zostanie dopracowana, branżę elektroniki użytkowej zdominują lepsze rozwiązania. Z drugiej strony, historia pokazuje, że człowiek lubi trzymać się sprawdzonych pomysłów, nawet w obliczu atrakcyjnych alternatyw. Może dni krzemu nie są jeszcze policzone. Ba, jesteśmy przekonani, że krzem w takiej czy innej postaci odegra jeszcze ważną rolę w elektronice.

Źródło: University of Michigan, JACS, Intel

Nie przegap

  1. blondasek
    Oceń komentarz:

    7    

    Opublikowano: 2013-01-29 10:04

    Szybko to napisaliście, news na "czasie".

    Skomentuj

    1. Touldie
      Oceń komentarz:

      4    

      Opublikowano: 2013-01-29 11:41

      Czas nie jest aż tak istotny. Problem w tym, że to zwykła kalka z Onetu.

      Skomentuj

      1. Maciej Lewczuk
        Oceń komentarz:

        2    

        Opublikowano: 2013-01-29 11:52

        Masz chyba problem ze spostrzegawczością. Każdy szanujący się serwis podaje źródło, z którego korzystał. Zerknij na nie i będziesz wiedział skąd autor informacji czerpał wiedzę, zdjęcia i obrazki do niniejszego tekstu.

        Skomentuj

        1. belliash
          Oceń komentarz:

          2    

          Opublikowano: 2013-01-29 12:00

          A szanujący się autor nie wie, że źrodło powinno być linkiem do strony z której zaczerpnięte zostały informacje i obrazki?

          Skomentuj

          1. Maciej Lewczuk
            Oceń komentarz:

            1    

            Opublikowano: 2013-01-29 12:04

            Nie ma takiego nakazu ;) Źródła podajemy przy każdej informacji w taki sam sposób. Jeśli ktoś bardzo chce do nich dotrzeć, to myślę, że mu się to uda.

            Skomentuj

            1. zamarzniety
              Oceń komentarz:

              -6    

              Opublikowano: 2013-01-29 12:07

              serwis konkurencyjny, podobny artykuł, źródło?
              Źródła: X-Bit Labs, Wikipedia


              ten benchmarkowy artykuł:
              Źródło: University of Michigan, JACS, Intel

              so sad, internauci 1:0 'profesjonaliści'

              Skomentuj

              1. Maciej Lewczuk
                Oceń komentarz:

                10    

                Opublikowano: 2013-01-29 12:11

                Nie rozumiem Twojego wpisu. Czy sugerujesz, że powinniśmy sugerować się konkurencją i zamiast podawania jako źródła najwłaściwszej instytucji, która o tym informuje (w tym wypadku uniwerku), mielibyśmy podać link do strony z newsami?
                Jesli można dotrzeć do źródła i wymaga to jedynie głębszego pokopania w internecie (zabiera to nieco czasu) - sprawdzenia w prawdziwym źródle (jeśli jest to możliwe), to chyba lepiej tak zrobić, niż tylko powołać się na dany portal zagraniczny? Rozumiem sytuację, gdy nie da się dotrzeć głębiej, ale jesli się da, to chyba warto?

                Skomentuj

              2. Karol Żebruń
                Oceń komentarz:

                2    

                Opublikowano: 2013-01-29 15:13

                Zauważ, że tekst na X-bit labs jest skopiowaną treścią informacji prasowej ze strony Uniwersytetu w Michigan. Podawanie zatem tego serwisu jako źródła informacji jest nie bardzo na miejscu.

                Podobna sytuacja ma miejsce na wielu innych portalach zagranicznych. Tam się tylko kopiuje treści. Ale ponieważ to jest napisane po angielsku to robi wrażenie i mało kto przejmuje się tym skąd naprawdę wypłynęła informacja. Tylko niektóre serwisy są na tyle odważne by dodać przypisek, że jest to PRESS RELEASE.

                Skomentuj

          2. smith300
            Oceń komentarz:

            0    

            Opublikowano: 2013-01-30 20:38

            Kurde,kolejny przemadrzalek internetu.Już wiem co robią studenci po smieciowych kierunkach.

            Skomentuj

      2. smith300
        Oceń komentarz:

        0    

        Opublikowano: 2013-01-30 20:36

        Kurde,kolejny przemądżałek internetu,już wiem co robią studenci po smieciowych kierunkach.

        Skomentuj

    2. Karol Żebruń
      Oceń komentarz:

      1    

      Opublikowano: 2013-01-29 15:06

      Chwali się wam, że śledzicie internet w poszukiwaniu nowych informacji. Ale przyglądając się komentarzom odnoszę wrażenie, że to tylko hobby. Bo istotne jest nie to, że pierwszy przeczytałem, ten serwis pierwszy napisał o tym, a to by, po zapoznaniu się z przekazaną wiedzą, potem ciekawie dyskutować, wyciągać wnioski i przekazywać własne sugestie.

      Naprawdę kłócenie się o to kto był pierwszy z newsem nie ma sensu. Informacje na benchmarku pojawiają się zgodnie z priorytetem. Wiadomo, że premiery produktów są bardzo ważne, terminowe wydarzenia także, czy rzeczy, które wiążą się z daną datą.

      Ale wiedza? Ta jest ponadczasowa. I naprawdę dzień, dwa a nawet tydzień zwłoki nie zrobi problemu. Nawet nie zdajecie sobie sprawy o ilu nowinkach technologicznych nikt nie wspomina bo po prostu zapomniano o odpowiedniej promocji.

      Wyobraź sobie gdyby szkolna wiedza była traktowana jak newsy. Toż przecież uczenie się matematyki sprzed kilkuset lat nie miałoby sensu, bo to już stare. To już było. Skoro Newton napisał pracę o ciążeniu to dlaczego ciągle się o tym trąbi? Bo nie każdy o tym wie. A jabłko nie będzie inaczej spadało jeśli dowiemy się o tym nieco później niż wcześniej.

      Skomentuj

      1. mICh@eL
        Oceń komentarz:

        2    

        Opublikowano: 2013-01-29 16:53

        A te komentarze to są pod czymś co zwie się "aktualność", czy może pod felietonem o nowym sposobie wytwarzania kryształów krzemowych?

        Skomentuj

        1. Karol Żebruń
          Oceń komentarz:

          1    

          Opublikowano: 2013-01-29 20:58

          Temat taki jak ten jest aktualny cały czas do chwili kiedy nie zostanie zdementowany lub nie pojawi się lepsze rozwiązanie :)

          Powiedz, czy czytelnik stanie się uboższy przez to, że przeczyta o tym dwa dni później? Naprawdę jest to tak bolesne?

          Albo, ile osób, które wytykają że news był spóźniony, pamięta o co tak naprawdę w nim chodziło po roku, dwóch latach?

          O ile przyjemniej byłoby poczytać tu ciekawą dyskusję na temat tego co o tym sądzimy, może ktoś zapytałby się o wyjaśnienie tego co jest niezrozumiałe. A tak mamy samych fachowców od wynajdowania gdzie kto pierwszy raz napisał. Nie tędy droga. Polacy pierwsi opracowali technologię A, technologię B i co z tego wynikło? Takie przykłady nieraz pojawiają się dyskusjach.

          Nawiązując do powyższego. Znaleźć temat szybko w sieci i wymyślać innym, że nie byli szybsi jest łatwo, ale zapoznać się z jego treścią i sensownie skomentować już nie :)

          Skomentuj

  2. zamarzniety
    Oceń komentarz:

    0    

    Opublikowano: 2013-01-29 10:37

    (..)
    HIHIHIHIHIHIH :)))))))))

    Skomentuj

    1. zamarzniety
      Oceń komentarz:

      -8    

      Opublikowano: 2013-01-29 12:04

      ojej, usuwacie linka,
      no nic, serwis konkurencyjny, podciągnięty pod onet - jakby co.
      3 dni temu wrzucili newsa.
      w waszym benchmarkowym artykule 2 zdjęcia się powtarzają, propsy ;))
      z chęcią bym przeczytał, sprawdził co i jak, ale nie mam sił:(((
      tak bardzo przykro.

      Skomentuj

      1. Maciej Lewczuk
        Oceń komentarz:

        8    

        Opublikowano: 2013-01-29 12:13

        Czy rozumiesz sytuację, w której dane źródło podaje takie a nie inne grafiki, zdjęcia i filmy, a to skutkuje faktem pojawienia się ich w niemal każdym artykule, newsie, informacji, która pojawi się na portalach na całym świecie?

        Skomentuj

  3. Kam9000
    Oceń komentarz:

    2    

    Opublikowano: 2013-01-29 11:06

    Naprawdę wierzycie, że spadną ceny podzespołów (patrz Sonda).
    Ceny pozostaną bez zmian, a zaoszczędzone pieniądze pójdą do czyjejś kieszeni.

    Skomentuj

    1. Skaza
      Oceń komentarz:

      5    

      Opublikowano: 2013-01-29 11:40


      Bardziej prawdopodobne jest to, że ceny jednak wzrosną.

      Skomentuj

  4. Touldie
    Oceń komentarz:

    -1    

    Opublikowano: 2013-01-29 11:39

    "Czy jednak na pewno?"

    Liczyłem na to, że ktoś się wysili i napisze jakieś dywagacje na ten temat, jakąś małą, ale rzeczową analizę nowej technologii... nie, bo po co? Ważne ze tytuł jest nośny, a pytanie retoryczne. Bardzo słabo.

    Skomentuj

    1. Maciej Lewczuk
      Oceń komentarz:

      2    

      Opublikowano: 2013-01-29 11:53

      To nie jest artykuł o technologii, tylko informacja, news, zajawka.

      Skomentuj

    2. Phaphic
      Oceń komentarz:

      2    

      Opublikowano: 2013-01-29 17:58

      Daj spokój. Przeczytałbyś sobie lepiej artykuł o pendrajwie w Windows 8, nawigacji w Windows Phone 8 albo o ekranach dotykowych w Windows 8.
      A nie się czepiasz.

      Skomentuj

  5. hrabin
    Oceń komentarz:

    3    

    Opublikowano: 2013-01-30 21:14

    ludzie po co to się kłócić o bzdury, nie pasuję to nie wchodź na benchamrk jest w uj innych stron.. jeśli jednak lubisz ten portal to nie dopiertalaj jeden z drugim za szczegóły. realia pracy w czymś takim są dla większości z nas abstrakcją i nie wiemy jakimi torami i kryteriami przy wyborze artykułów kierują się wydawcy. wydaję mi się, że ilość czynników jest tak duża, że czepianie się o datę ukazania się artykułu jest infantylna i zdupy. natomiast jeśli ktoś jest malkontentem bo go tak rodzice wychowali, cóż.... każdego szkoda. kurfa każdy taki ciężki przypadek do redakcji na miesiąc, daje sobie rękę uciąć, że posrał by się jeden z drugim pod presją czasu, przełożonych, konkurencji i krytyki user`uffff. dziękuje

    Skomentuj

    1. 12marioo12
      Oceń komentarz:

      1    

      Opublikowano: 2013-01-31 15:48

      Hrabin zdecydowanie się z Tobą zgadzam... Nie ma co robić jeden z drugim i się czepiają...
      Pozdro

      Skomentuj

Dodaj komentarz

Od komentujących wymagamy przestrzegania netykiety i regulaminu.

Aby dodać komentarz musisz być zalogowany!

24 komentarzy