Propiedades del material de conductividad térmica de silicio

Los circuitos integrados son los cerebros de casi todos los dispositivos modernos, desde el teléfono celular a la computadora portátil a la estación espacial. Un circuito integrado, del tamaño de un sello de correos, puede contener más de mil millones de transistores. Esta miniaturización extrema exige la uniformidad de temperatura a través de las obleas de silicio sobre la que se construyen los circuitos. La conductividad térmica (representado como "k") es una medida de la facilidad con que un material conduce el calor. Es un parámetro crítico en la determinación y el diseño para la uniformidad de la temperatura.

Hechos

La conductividad térmica es una de las muchas propiedades térmicas del silicio material. Otras propiedades incluyen el calor específico (0,70 julios por grado gramo Kelvin) que ayuda a determinar la potencia necesaria para elevar la temperatura de la oblea, punto de ebullición (2.628 grados Kelvin), punto de fusión (1683 K), la temperatura crítica (5159 K), difusividad térmica (0,9 cm2 por segundo), la expansión térmica lineal o coeficiente de expansión térmica (2,6 • 10-6 C-1), la temperatura de Debye (640 K) y otros.

Valores

cambios de conductividad térmica como los cambios de temperatura. "Es necesario mantener la temperatura de funcionamiento requerida en cuenta cuando se utiliza la conductividad térmica para determinar la distribución de temperatura a través de la oblea", advierte Michael Klebig, un ingeniero de ventas de Silicon Valley especializada en la aplicación de calor en el proceso de obleas de semiconductores. "La conductividad térmica equivocada significa que no se logre la uniformidad de la temperatura que necesita y el rendimiento de los dispositivos se verá comprometida. Si es lo suficientemente malo, usted no será capaz de continuar con el siguiente paso de la secuencia de procesamiento de semiconductores. La oblea será inútil ".

Las impurezas

Hay dos tipos de impurezas en el proceso de fabricación de chips de silicio. En primer lugar, son impurezas inherentes en el lingote de silicio inicial. El segundo tipo de impureza es conocido como un agente de dopado, una impureza introducido deliberadamente en el proceso de fabricación para cambiar las propiedades eléctricas de silicio en áreas específicas, expuestos en una oblea. A medida que el nivel de impurezas aumenta, la conductividad térmica disminuye. "Cuando se diseña para la uniformidad de la temperatura, debe hacer ajustes en respuesta al valor de conductividad inferior de silicio dopado", dice Klebig. "Silicio dopado por encima de los 100 grados Kelvin tiene un impacto insignificante sobre la conductividad térmica."

Información de expertos

La determinación de la uniformidad de temperatura mediante el uso de la conductividad térmica y otras propiedades térmicas es una tarea extremadamente compleja. "Como resultado," dice Klebig, "se debe utilizar métodos más conocidos en el diseño para la distribución de la temperatura, tales como 3D térmica análisis de elementos finitos (FEA) modelado por ordenador. Organizaciones de ingeniería grandes suelen tener sus propios grupos de modelado FEA. Si no ' t tienen acceso a un recurso dentro de su empresa, póngase en contacto con una empresa de ingeniería FEA ".

Advertencia

Tenga en cuenta que las propiedades del material de conductividad térmica son diferentes para el silicio en forma líquida. silicio líquido tiene tres veces la conductividad térmica del silicio sólido.