سلیکان ویفرز انتہائی خالص سلکان کے ایک کرسٹل سے بنائے جاتے ہیں، عام طور پر فی بلین آلودگیوں کے ایک حصے سے بھی کم ہوتے ہیں۔ Czochralski عمل اس پاکیزگی کے بڑے کرسٹل بنانے کا سب سے عام طریقہ ہے، جس میں پگھلے ہوئے سلکان سے بیج کرسٹل کو کھینچنا شامل ہے، جسے عام طور پر پگھلایا جاتا ہے۔ اس کے بعد بیج کا کرسٹل ایک بیلناکار انگوٹ میں بنتا ہے جسے بولے کہا جاتا ہے۔
ویفر کی برقی خصوصیات کو کنٹرول کرنے کے لیے بوران اور فاسفورس جیسے عناصر کو صحیح مقدار میں باؤل میں شامل کیا جا سکتا ہے، عام طور پر اسے این ٹائپ یا پی ٹائپ سیمی کنڈکٹر بنانے کے لیے۔ اس کے بعد بیل کو ایک تار آری کے ساتھ باریک ٹکڑوں میں کاٹا جاتا ہے جسے ویفر آری بھی کہا جاتا ہے۔ کٹے ہوئے ویفرز کو مختلف ڈگریوں تک پالش کیا جا سکتا ہے۔
سلیکن ویفر کس کے لیے استعمال ہوتا ہے؟
سلکان ویفر کرسٹل لائن سلکان کا ایک پتلا ٹکڑا ہے جو عام طور پر الیکٹرانکس کی صنعت میں استعمال ہوتا ہے۔ سلیکون اس مقصد کے لیے استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ یہ ایک سیمی کنڈکٹر ہے، یعنی یہ نہ تو مضبوط کنڈکٹر ہے اور نہ ہی بجلی کا مضبوط انسولیٹر۔ اس کی قدرتی کثرت اور دیگر خصوصیات عام طور پر سیلیکون کو دوسرے سیمی کنڈکٹرز جیسے کہ جرمینیئم کو ویفر بنانے کے لیے ترجیح دیتی ہیں۔
سلکان ویفرز کے سب سے عام طول و عرض ان کے استعمال پر منحصر ہیں۔ ICs میں استعمال ہونے والے ویفرز گول ہوتے ہیں جن کا قطر عام طور پر 100 سے 300 ملی میٹر (ملی میٹر) تک ہوتا ہے۔ موٹائی عام طور پر قطر کے ساتھ بڑھتی ہے اور عام طور پر 525 سے 775 مائکرون (μm) کی حد میں ہوتی ہے۔ شمسی خلیوں میں ویفرز عام طور پر مربع ہوتے ہیں جن کے اطراف کی پیمائش 100 سے 200 ملی میٹر ہوتی ہے۔ ان کی موٹائی 200 اور 300 μm کے درمیان ہے، حالانکہ مستقبل قریب میں اس کے 160 μm تک معیاری ہونے کی توقع ہے۔
انٹیگریٹڈ سرکٹس
ایک آئی سی، جسے مائیکرو چِپ یا صرف چپ بھی کہا جاتا ہے، الیکٹرانک سرکٹس کا ایک سیٹ ہے جو سیمی کنڈکٹنگ مواد کے سبسٹریٹ میں سیٹ ہوتا ہے۔ Monocrystalline سلکان فی الحال ICs کے لیے سب سے عام سبسٹریٹ ہے، حالانکہ گیلیم آرسنائیڈ کچھ ایپلی کیشنز جیسے وائرلیس کمیونیکیشن ڈیوائسز میں استعمال ہوتا ہے۔ سلکان-جرمینیم مرکب سے بنے ویفرز بھی زیادہ وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے جا رہے ہیں، عام طور پر ایسی ایپلی کیشنز میں جہاں سلکان-جرمینیم کی زیادہ رفتار کی قیمت زیادہ ہوتی ہے۔
ICs فی الحال زیادہ تر الیکٹرانک آلات میں استعمال ہوتے ہیں، جس میں عملی طور پر الگ الگ الیکٹرانک اجزاء کو تبدیل کیا جاتا ہے۔ وہ سائز کے آرڈر کے مطابق مجرد اجزاء کے مقابلے میں چھوٹے، تیز اور سستے ہیں۔ الیکٹرانکس کی صنعت میں ICs کو تیزی سے اپنانا بھی ICs کے ماڈیولر ڈیزائن کی وجہ سے ہے، جو خود کو بڑے پیمانے پر پیداوار میں آسانی فراہم کرتا ہے۔
ان تہوں کو باقاعدہ تصویروں کی طرح تیار کیا گیا ہے سوائے اس کے کہ مرئی روشنی کے بجائے الٹرا وائلٹ روشنی کا استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ مرئی روشنی کی طول موج ضروری درستگی کے ساتھ خصوصیات بنانے کے لئے بہت بڑی ہوتی ہے۔ جدید آئی سی کی خصوصیات اتنی چھوٹی ہیں کہ پروسیسنگ انجینئرز کو ان کو ڈیبگ کرنے کے لیے الیکٹران مائکروسکوپ کا استعمال کرنا چاہیے۔
آئی سی فیبریکیشن
خودکار جانچ کا سامان (ATE) ہر ویفر کو آئی سی بنانے کے لیے استعمال کرنے سے پہلے اس کی جانچ کرتا ہے، ایک عمل، جسے عام طور پر ویفر پروبنگ یا ویفر ٹیسٹنگ کہا جاتا ہے۔ اس کے بعد ویفر کو مستطیل ٹکڑوں میں کاٹا جاتا ہے جسے ڈائی کہتے ہیں اور پھر برقی طور پر کنڈکٹیو تاروں کے ذریعے ایک الیکٹرانک پیکیج سے جوڑا جاتا ہے، جو عام طور پر سونے یا ایلومینیم سے بنی ہوتی ہیں۔ یہ تاریں پیڈز سے جڑی ہوئی ہیں جو عام طور پر تھرموسونک بانڈنگ کہلانے والے عمل میں الٹراساؤنڈ کا استعمال کرتے ہوئے ڈائی کے کنارے کے ارد گرد واقع ہوتے ہیں۔
نتیجے میں آنے والے آلات حتمی جانچ کے مراحل سے گزرتے ہیں، جو عام طور پر ATE اور صنعتی کمپیوٹڈ ٹوموگرافی (CT) اسکیننگ کا سامان استعمال کرتے ہیں۔ آلے کی پیداوار، سائز اور قیمت کے مطابق جانچ کی متعلقہ لاگت بہت مختلف ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، سستے آلات کی تیاری کی کل لاگت کا 25% سے زیادہ ٹیسٹنگ ہو سکتا ہے، لیکن یہ کم پیداوار والے بڑے، مہنگے آلات کے لیے عملی طور پر نہ ہونے کے برابر ہو سکتا ہے۔
تکنیک
آئی سی کی من گھڑت ایک انتہائی خودکار عمل ہے جس میں بہت سی مخصوص تکنیکیں استعمال ہوتی ہیں۔ یہ صلاحیتیں ایک من گھڑت سہولت کی تعمیر کی اعلیٰ لاگت کو آگے بڑھاتی ہیں، جو کہ 2016 تک $8 بلین سے تجاوز کر سکتی ہے۔ زیادہ آٹومیشن کی مسلسل ضرورت کی وجہ سے اس لاگت میں افراط زر سے کہیں زیادہ تیزی سے اضافہ متوقع ہے۔
چھوٹے ٹرانزسٹروں کی طرف رجحان مستقبل قریب تک جاری رہے گا، 14 nm 2016 میں جدید ترین ہے۔ IC مینوفیکچررز جیسے Intel, Samsung, Global Foundries اور TSMC سے توقع ہے کہ 2017 کے آخر تک 10 nm ٹرانزسٹروں پر منتقلی شروع کر دی جائے گی۔ .
بڑے ویفرز پیمانے کی معیشت فراہم کرتے ہیں، جس سے ICs کی کل لاگت کم ہوتی ہے۔ تجارتی طور پر دستیاب سب سے بڑے ویفرز کا قطر 300 ملی میٹر ہے، جس میں 450 ملی میٹر کا اگلا زیادہ سے زیادہ سائز متوقع ہے۔ تاہم، اس سائز کے ویفرز بنانے کے لیے اہم تکنیکی چیلنجز اب بھی موجود ہیں۔
آئی سی کی تیاری میں استعمال ہونے والی اضافی تکنیکوں میں ٹرائی گیٹ ٹرانزسٹرز شامل ہیں، جنہیں انٹیل نے 2011 سے 22 این ایم کی چوڑائی کے ساتھ تیار کیا ہے۔ ایک ویفر.
بنیادی طور پر اس کی زیادہ برقی چالکتا کی وجہ سے، کاپر ICs میں ایلومینیم کے باہمی ربط کی جگہ لے رہا ہے۔ لو-K ڈائی الیکٹرک انسولیٹر اور سلکان آن انسولیٹر (SOIs) بھی ICs کے لیے جدید ترین مینوفیکچرنگ تکنیک ہیں۔
سیمی کنڈکٹرز کے بارے میں دیگر وسائل
ویفر کی بنیادی شرائط اور تعریفیں۔
سی ویفرز آف ایکسس کو کاٹنا
سلیکون میں آکسیجن کی بارش
شیشے کی خصوصیات جیسا کہ سلکان کے ساتھ ایپلی کیشنز سے متعلق ہے۔
سی ویفرز کے لیے SEMI تفصیلات کے لیے ایک گائیڈ
گیلے کیمیکل اینچنگ اور سلکان کی صفائی
سولر سیلز
ایک سولر سیل روشنی کی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرنے کے لیے فوٹو وولٹک اثر کا استعمال کرتا ہے، جس میں عام طور پر کچھ مواد کے ذریعے روشنی کو جذب کرنا شامل ہوتا ہے تاکہ الیکٹرانوں کو زیادہ توانائی کی حالت میں اکسایا جا سکے۔ یہ فوٹو الیکٹرک سیل کی ایک قسم ہے، ایک ایسا آلہ جو روشنی کے سامنے آنے پر اپنی برقی خصوصیات کو تبدیل کرتا ہے۔ شمسی خلیات کسی بھی ذریعہ سے روشنی کا استعمال کرسکتے ہیں، اگرچہ اصطلاح "شمسی" کا مطلب یہ ہے کہ انہیں سورج کی روشنی کی ضرورت ہوتی ہے.
توانائی کے منبع کے طور پر بجلی کی پیداوار شمسی خلیوں کے لیے سب سے مشہور ایپلی کیشنز میں سے ایک ہے۔ اس قسم کے شمسی خلیے بیٹری کو چارج کرنے کے لیے روشنی کا ذریعہ استعمال کرتے ہیں، جسے بجلی کے آلے کو طاقت دینے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
شمسی خلیات اکثر اس آلے میں ضم ہوتے ہیں جس کا مقصد ان کو طاقت دینا ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، شمسی توانائی سے چلنے والی لائٹس عام طور پر گھریلو بہتری کی دکانوں میں دستیاب ہوتی ہیں جو دن کے وقت بیٹری کو چارج کرنے کے لیے شمسی خلیوں کا استعمال کرتی ہیں۔ رات کے وقت، بیٹری ایک موشن سینسر کو طاقت دیتی ہے جو حرکت کا پتہ لگانے پر روشنی کو آن کر دیتی ہے۔
شمسی خلیوں کو پہلی، دوسری اور تیسری نسل کی اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ پہلی نسل کے خلیے کرسٹل لائن سلکان پر مشتمل ہوتے ہیں، بشمول مونوکریسٹل لائن سلکان اور پولی سیلیکون۔ وہ فی الحال شمسی سیل کی سب سے عام قسم ہیں۔ دوسری نسل کے خلیے بے ساختہ سلکان پر مشتمل پتلی فلم کا استعمال کرتے ہیں اور عام طور پر کمرشل پاور اسٹیشنوں میں استعمال ہوتے ہیں۔ تیسری نسل کے شمسی خلیے مختلف قسم کی ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز کے ساتھ تیار کردہ پتلی فلم کا استعمال کرتے ہیں اور فی الحال محدود تجارتی ایپلی کیشنز ہیں۔
سولر سیل فیبریکیشن
پہلی نسل کے سولر سیل کی بڑی اکثریت کرسٹل لائن سلکان پر مشتمل ہوتی ہے، حالانکہ اس کا ساختی معیار اور پاکیزگی ICs میں استعمال ہونے والے سے بہت کم ہے۔ مونو کرسٹل لائن سلکان روشنی کو پولی سیلیکون کے مقابلے میں زیادہ موثر طریقے سے بجلی میں تبدیل کرتا ہے، لیکن مونو کرسٹل لائن سلکان بھی زیادہ مہنگا ہے۔
انفرادی خلیات بنانے کے لیے ویفرز کو چوکوں میں کاٹا جاتا ہے، اور پھر ان کے کونوں کو آکٹگن بنانے کے لیے تراش لیا جاتا ہے۔ یہ شکل سولر پینلز کو ان کی مخصوص ہیرے جیسی شکل دیتی ہے۔ وہ خلیات جو سولر پینل بناتے ہیں ان سب کو تبادلوں کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ایک ہی جہاز پر مبنی ہونا چاہیے۔ پینلز کو عام طور پر شیشے کی ایک چادر سے ڈھانپ دیا جاتا ہے جس کی طرف ویفرز کی حفاظت کے لیے سورج کا سامنا ہوتا ہے۔
شمسی خلیات مخصوص ضروریات کے لحاظ سے سلسلہ وار یا متوازی طور پر منسلک ہو سکتے ہیں۔ خلیوں کو ایک سیریز میں جوڑنے سے ان کا وولٹیج بڑھ جاتا ہے جبکہ متوازی طور پر ان کو جوڑنے سے کرنٹ بڑھ جاتا ہے۔ متوازی تاروں کا بنیادی نقصان یہ ہے کہ سائے کے اثرات سایہ دار تاروں کو بند کرنے کا سبب بن سکتے ہیں، جس کی وجہ سے روشن تاریں سایہ دار تاروں پر الٹا تعصب کا اطلاق کر سکتی ہیں۔ اس اثر کے نتیجے میں طاقت کا کافی نقصان ہو سکتا ہے اور یہاں تک کہ خلیوں کو بھی نقصان پہنچ سکتا ہے۔
اس مسئلے کا ترجیحی حل یہ ہے کہ ماڈیولز بنانے کے لیے سیلوں کے سٹرنگز کو سیریز میں جوڑ کر ایک دوسرے سے آزادانہ طور پر تاروں کی پاور کی ضروریات کو سنبھالنے کے لیے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ ٹریکرز (MPPTs) کا استعمال کریں۔ تاہم، ماڈیولز کو مطلوبہ لوڈنگ کرنٹ اور چوٹی وولٹیج کے ساتھ ایک صف بنانے کے لیے آپس میں بھی جوڑا جا سکتا ہے۔ سائے کے اثرات سے پیدا ہونے والی پریشانیوں کا ایک اور حل بجلی کے نقصان کو کم کرنے کے لیے شنٹ ڈائیوڈ کا استعمال ہے۔
سائز میں اضافہ
سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں بڑے باؤلز کی طرف رجحان کے نتیجے میں شمسی خلیوں کے سائز میں اضافہ ہوا ہے۔ 1980 کی دہائی میں تیار کیے گئے سولر پینل سیلز سے بنے ہیں جن کا قطر 50 اور 100 ملی میٹر ہے۔ 1990 اور 2000 کی دہائی کے دوران بنائے گئے پینلز عام طور پر 125 ملی میٹر کے قطر کے ساتھ ویفرز کا استعمال کرتے تھے، اور 2008 سے بنائے گئے پینلز میں 156 ملی میٹر سیل ہوتے ہیں۔
سلیکون ویفرز کا استعمال
سلیکون ویفرز اکثر انٹیگریٹڈ سرکٹس (ICs) کے سبسٹریٹ کے طور پر استعمال ہوتے ہیں، حالانکہ وہ فوٹوولٹک، یا سولر، سیلز میں بھی ایک اہم جزو ہیں۔ ان دونوں ایپلی کیشنز کے لیے ان ویفرز کو بنانے کا بنیادی عمل یکساں ہے، حالانکہ ICs میں استعمال ہونے والے ویفرز کے لیے معیار کی ضروریات بہت زیادہ ہیں۔ یہ ویفرز اضافی مراحل سے بھی گزرتے ہیں جیسے آئن امپلانٹیشن، ایچنگ اور فوٹو لیتھوگرافک پیٹرننگ، جن کی شمسی خلیوں کے لیے ضرورت نہیں ہے۔