semiconductortekniikassa

Semiconductortekniikka on elektroniikan ala, joka tutkii puolijohteiden sähköistä käyttäytymistä ja niiden sovelluksia. Puolijohteet, kuten pi (Si), ovat materiaaleja, joiden johtokykyä voidaan hallita tarkasti dopingin, lämpötilan sekä sähkökenttien avulla. Näiden ominaisuuksien ansiosta voidaan valmistaa diodeja, transistoreita sekä monimutkaisempia integroidun piirin rakenteita.

Yleisintä on piin lisäksi germanium, galliumarsenidi (GaAs), sekä kiinteät materiaalit kuten piikarbidi (SiC) ja galliumnitridi (GaN). Si on massatuotannon perusta, mutta korkeamman virrankulutuksen ja nopeuden sovelluksissa käytetään myös näitä erikoismateriaaleja.

Valmistusprosessi koostuu useista vaiheista cleanroom-olosuhteissa. Päävaiheita ovat fotolitografia, doppaus (implantaatio tai diffuusio), ohuiden kalvokerrosten kasvatus (esim. CVD, PVD) sekä metallointi. Kerroksia muotoillaan ja kytketään miljardien transistorien verkoksi. Prosessit sisältävät myös lämpö- ja värähteleviä käsittelyjä sekä tarkkaa laadunvalvontaa.

Tyypillisiä komponentteja ovat diodit ja transistorit, erityisesti MOSFET- ja FinFET-transistorit sekä muistipiirit. Integroimalla näitä komponentteja voidaan rakentaa monimutkaisia piirejä, kuten prosessorit ja muistialustat.

Sovelluksia ovat henkilökohtaiset tietokoneet, älypuhelimet, verkkolaitteet, tekoälylaskenta sekä tehoelektroniikka autoissa ja teollisuudessa. Kehitys suuntautuu pienemmän koon, suuremman tiheyden, pienemmän tehonkulutuksen sekä materiaali- ja paketointiteknologioiden kehittämiseen.

Kehitystä ohjaavat haasteet kuten kustannukset, lämpöhaasteet ja materiaalien sekä toimitusketjujen monimutkaisuus. Tutkimus kohdistuu uusiin materiaaleihin, 3D-integraatioon, heteroihin integraatioon sekä kehittyneisiin valmistusmenetelmiin.