Өнөөдөр хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн хурдацтай хөгжлийн ачаар чипийн гүйцэтгэлийг хангах чухал холбоос болох IC туршилт нь түүний нарийвчлал, тогтвортой байдал нь чипийн гарцын хэмжээ болон салбарын өрсөлдөх чадварт шууд нөлөөлдөг. Чип үйлдвэрлэх үйл явц 3nm, 2nm болон бүр илүү дэвшилтэт зангилаа руу чиглэн урагшлахын хэрээр IC туршилтын төхөөрөмжийн гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд тавигдах шаардлага улам бүр чангарч байна. Өвөрмөц материалын шинж чанар, гүйцэтгэлийн давуу талуудтай боржин чулуун суурь нь IC туршилтын төхөөрөмжийн зайлшгүй "алтан түнш" болсон. Үүний цаана ямар техникийн логик нуугдаж байна вэ?
I. Уламжлалт суурийн "даван туулах чадваргүй байдал"
IC туршилтын явцад тоног төхөөрөмж нь чипийн зүүний цахилгаан гүйцэтгэл, дохионы бүрэн бүтэн байдал гэх мэтийг нано хэмжээсээр нарийн илрүүлэх шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч уламжлалт металл суурь (цутгамал төмөр, ган гэх мэт) нь практик хэрэглээнд олон асуудал үүсгэдэг.
Нэг талаас, металл материалын дулааны тэлэлтийн коэффициент харьцангуй өндөр, ихэвчлэн 10×10⁻⁶/℃-ээс дээш байдаг. IC туршилтын тоног төхөөрөмжийг ажиллуулах явцад үүссэн дулаан эсвэл орчны температурын бага зэрэг өөрчлөлт нь металл суурийн мэдэгдэхүйц дулааны тэлэлт болон агшилтыг үүсгэж болзошгүй. Жишээлбэл, 1 метр урттай цутгамал төмөр суурь нь температур 10℃-ээр өөрчлөгдөхөд 100μm хүртэл тэлж, агшиж болно. Ийм хэмжээст өөрчлөлт нь туршилтын датчикийг чипийн зүүтэй буруу байрлуулахад хангалттай бөгөөд ингэснээр холбоо муудаж, улмаар туршилтын өгөгдлийг гажуудуулахад хүргэдэг.
Нөгөөтэйгүүр, металл суурийн чийгшүүлэх гүйцэтгэл муу тул тоног төхөөрөмжийн ажиллагаанаас үүссэн чичиргээний энергийг хурдан зарцуулахад хэцүү болгодог. Өндөр давтамжийн дохионы туршилтын нөхцөлд тасралтгүй бичил хэлбэлзэл нь их хэмжээний дуу чимээг бий болгож, дохионы бүрэн бүтэн байдлын туршилтын алдааг 30%-иас дээш хувиар нэмэгдүүлдэг. Үүнээс гадна, металл материалууд нь соронзон мэдрэмтгий чанар өндөртэй бөгөөд туршилтын төхөөрөмжийн цахилгаан соронзон дохиотой холбогдох хандлагатай байдаг тул хуйларсан гүйдлийн алдагдал болон гистерезисийн нөлөөлөл үүсгэж, нарийн хэмжилтийн нарийвчлалд саад учруулдаг.
II. Боржин чулуун суурийн "Хатуу бат бөх чанар"
Нарийвчлалтай хэмжилтийн үндэс суурийг тавьж, дулааны туйлын тогтвортой байдлыг хангана
Боржин чулуу нь кварц, хээрийн жонш зэрэг эрдэс талстуудын ионы болон ковалент холбоогоор нягт нэгдлээр үүсдэг. Түүний дулааны тэлэлтийн коэффициент нь маш бага бөгөөд ердөө 0.6-5×10⁻⁶/℃ бөгөөд энэ нь металл материалынхаас ойролцоогоор 1/2-1/20 байна. Температур 10℃-ээр өөрчлөгдсөн ч 1 метр урттай боржин чулуун суурийн тэлэлт ба агшилт нь 50 нм-ээс бага бөгөөд бараг "тэг деформацид" хүрдэг. Үүний зэрэгцээ боржин чулуун дулаан дамжуулалт нь ердөө 2-3 Вт/(м · К) бөгөөд энэ нь металлынхаас 1/20-ээс бага юм. Энэ нь тоног төхөөрөмжийн дулаан дамжуулалтыг үр дүнтэй урьдчилан сэргийлэх, суурийн гадаргуугийн температурыг жигд байлгах, туршилтын датчик болон чип нь үргэлж тогтмол харьцангуй байрлалтай байхыг баталгаажуулдаг.
2. Хэт хүчтэй чичиргээ дарах нь тогтвортой туршилтын орчинг бүрдүүлдэг
Боржин чулуун доторх өвөрмөц талст согог болон ширхэгийн хил хязгаарын гулсах бүтэц нь түүнд хүчтэй энерги сарниулах чадварыг олгодог бөгөөд 0.3-0.5 хүртэлх чийгшүүлэх харьцаатай бөгөөд энэ нь металл суурийнхаас зургаа дахин их юм. Туршилтын мэдээллээс харахад 100Гц-ийн чичиргээний өдөөлтийн дор боржин чулуун суурийн чичиргээний буурах хугацаа ердөө 0.1 секунд, харин цутгамал төмрийн суурийнх 0.8 секунд байна. Энэ нь боржин чулуун суурь нь тоног төхөөрөмжийг асаах, унтраах, гадны нөлөөлөл гэх мэтээс үүдэлтэй чичиргээг шууд дарж, туршилтын тавцангийн чичиргээний далайцыг ±1μm дотор хянаж, нано хэмжээний датчикуудын байршлыг тогтвортой баталгаажуулдаг гэсэн үг юм.
3. Цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоог арилгадаг байгалийн соронзон эсрэг шинж чанар
Боржин чулуу нь ойролцоогоор -10 ⁻⁵ соронзон мэдрэмтгий диасоронзон материал юм. Дотоод электронууд нь химийн холбоонд хосоороо оршдог бөгөөд гадаад соронзон орны нөлөөгөөр бараг хэзээ ч туйлширдаггүй. 10 мТ хүчтэй соронзон орны орчинд боржин чулуун гадаргуу дээрх өдөөгдсөн соронзон орны эрчим 0.001 мТ-ээс бага байдаг бол цутгамал төмрийн гадаргуу дээрх эрчим 8 мТ-ээс дээш байдаг. Энэхүү байгалийн соронзон эсрэг шинж чанар нь IC туршилтын тоног төхөөрөмжийн цэвэр хэмжилтийн орчинг бүрдүүлж, цехийн мотор болон RF дохио зэрэг гадны цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцооноос хамгаалдаг. Энэ нь квант чип болон өндөр нарийвчлалтай ADC/Dac зэрэг цахилгаан соронзон шуугианд маш мэдрэмтгий туршилтын хувилбаруудад онцгой тохиромжтой.
Гуравдугаарт, практик хэрэглээ нь гайхалтай үр дүнд хүрсэн
Олон тооны хагас дамжуулагч үйлдвэрүүдийн туршлага нь боржин чулуун суурийн үнэ цэнийг бүрэн харуулсан. Дэлхийд алдартай хагас дамжуулагч туршилтын тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгч нь өндөр зэрэглэлийн 5G чип туршилтын платформ дээрээ боржин чулуун суурийг ашигласны дараа гайхалтай үр дүнд хүрсэн: датчик картын байрлалын нарийвчлал ±5μm-ээс ±1μm хүртэл нэмэгдэж, туршилтын өгөгдлийн стандарт хазайлт 70% -иар буурч, нэг туршилтын буруу үнэлгээний түвшин 0.5% -иас 0.03% хүртэл мэдэгдэхүйц буурсан. Үүний зэрэгцээ чичиргээг дарах нөлөө нь гайхалтай юм. Төхөөрөмж нь чичиргээ буурахыг хүлээлгүйгээр туршилтыг эхлүүлж, нэг туршилтын мөчлөгийг 20% -иар богиносгож, жилийн үйлдвэрлэлийн хүчин чадлыг 3 сая гаруй вафераар нэмэгдүүлэх боломжтой. Үүнээс гадна, боржин чулуун суурь нь 10 гаруй жилийн ашиглалтын хугацаатай бөгөөд байнга засвар үйлчилгээ шаарддаггүй. Металл суурьтай харьцуулахад нийт өртөг нь 50%-иас дээш хувиар буурдаг.
Дөрөвдүгээрт, үйлдвэрлэлийн чиг хандлагад дасан зохицож, туршилтын технологийн шинэчлэлийг тэргүүлэх
Дэвшилтэт сав баглаа боодлын технологи (жишээлбэл, Чиплет) хөгжиж, квант тооцооллын чип зэрэг шинээр гарч ирж буй салбарууд нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан IC туршилтын төхөөрөмжийн гүйцэтгэлд тавигдах шаардлага улам бүр нэмэгдэх болно. Боржин чулуун суурь нь мөн байнга шинэчлэгдэж, сайжруулагдаж байна. Элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд гадаргуугийн бүрэх боловсруулалт хийх эсвэл идэвхтэй чичиргээний нөхөн төлбөр болон бусад технологийн нээлтүүдийг хийхийн тулд пьезоэлектрик керамиктай хослуулах замаар илүү нарийвчлалтай, ухаалаг чиглэл рүү шилжиж байна. Ирээдүйд боржин чулуун суурь нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн технологийн шинэчлэл, "Хятад чип"-ийн өндөр чанартай хөгжлийг гайхалтай гүйцэтгэлээрээ хамгаалсаар байх болно.
Боржин чулуун суурийг сонгох нь илүү нарийвчлалтай, тогтвортой, үр ашигтай IC туршилтын шийдлийг сонгох гэсэн үг юм. Одоогийн дэвшилтэт процессын чип туршилт эсвэл ирээдүйн дэвшилтэт технологийн судалгаа байсан ч боржин чулуун суурь нь орлуулшгүй бөгөөд чухал үүрэг гүйцэтгэнэ.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 5-р сарын 15