Was ist ein Silizium-Wafer?
Ein Silizium-Wafer ist ein Material für Halbleiterprodukte. Silizium bedeutet Silizium und ein Wafer ist ein dünn geschnittener Zylinder. Ein Silizium-Wafer ist also eine dünne Scheibe aus einem Silizium-Einkristall.
Silizium ist ein typisches Material für elektronische Geräte. Und unser Leben wird von elektronischen Geräten unterstützt. Da die Nachfrage nach elektronischen Geräten in Zukunft steigen wird, dürfte auch die Nachfrage nach Silizium-Wafern zunehmen.
Anwendungen von Silizium-Wafern
Silizium-Wafer sind im täglichen Leben nicht sichtbar, aber sie werden mit Sicherheit in elektronischen Geräten verwendet. Silizium-Wafer werden als Trägermaterial für Halbleiterprodukte verwendet. Typische Beispiele für Halbleiterprodukte, die verwendet werden, sind im Folgenden aufgeführt:
- Büroautomatisierungsgeräte wie Smartphones und Computer
- Steuergeräte für mobile Geräte wie Autos und Flugzeuge
- KI und Roboter-Innenleben
- Solarzellen
Funktionsweise von Silizium-Wafern
Silizium-Wafer werden aus dem Element Silizium hergestellt. Silizium ist nach Sauerstoff das am zweithäufigsten vorkommende Element auf der Erdoberfläche. Es kommt häufig in Böden und Gesteinen vor, aber das Material für Silizium-Wafer wird mit Quarz veredelt.
Für die Herstellung von Silizium-Wafern wird ein zylindrischer Siliziumstab, ein so genannter Silizium-Block, verwendet. Silizium-Wafer werden durch Schneiden von Siliziumblöcken in dünne Scheiben hergestellt.
Siliziumblöcke müssen aus hochreinen Siliziumkristallen hergestellt werden. Sie werden nach zwei Hauptverfahren hergestellt: dem CZ-Verfahren (Czochralski-Verfahren) und dem FZ-Verfahren (Floating-Zone-Verfahren).
1. Die CZ-Methode
Bei der CZ-Methode wird das Silizium-Rohmaterial in einem Hochtemperaturofen bei über 1000 °C geschmolzen. Ein Silizium-Keimstab wird in den Ofen eingeführt und schwimmt, während er mit hoher Geschwindigkeit rotiert, um den Siliziumblock fertigzustellen.
2. FZ-Verfahren
Beim FZ-Verfahren wird polykristallines Siliziummaterial in Stabform verwendet. Das Rohmaterial wird auf das monokristalline Silizium-Keimmaterial aufgebracht und die Grenzfläche wird induktiv erwärmt. Das polykristalline Siliziummaterial wird dann monokristallin und ein Siliziumbarren ist fertig.
Weitere Informationen zu Silizium-Wafern
1. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Wafern
Silizium-Wafer werden aus Siliziumblöcken hergestellt, die nach den beiden oben genannten Verfahren produziert wurden. Der Herstellungsprozess läuft wie folgt ab:
- Schneiden der Ingots
Die Ingots werden mit Diamantscheiben geschnitten, um Wafer der gewünschten Dicke herzustellen. - Polieren der Wafer
Um die Qualität des Schaltungsmusters zu erhalten, wird die Oberfläche des Wafers auf eine spiegelglatte Oberfläche poliert. Sie ist somit frei von Partikeln und anderen Verunreinigungen.
Einer der Gründe für die große Entwicklung von integrierten Schaltkreisen in großem Maßstab unter Verwendung von Silizium-Halbleitern ist die Einführung einer Technologie, die die Massenproduktion von hochreinen, fehlerfreien Silizium-Einkristallen zu relativ niedrigen Kosten ermöglicht. Das hergestellte Silizium hat einen ultrahohen Reinheitsgrad von 99,999999999 % oder mehr.
Die Technologie zur Herstellung von Siliziumblöcken wird immer weiter verbessert. Der Durchmesser der Ingots konnte bisher von 20 mm auf 200 mm erhöht werden.
2. Marktanteil von Silizium-Wafern
Der weltweite Elektronikmarkt wächst von Jahr zu Jahr, und die Halbleiterindustrie wird immer wichtiger, um dieses Wachstum zu unterstützen. 2019 hatte der Halbleitermarkt ein negatives Wachstum, wächst aber auch nach der Rezession weiter. Der Markt für Silizium-Wafer hatte im Jahr 2018 einen Wert von 11,9 Milliarden US-Dollar.
Marktanteil von Siliziumwafern nach Verbrauchsregion
Der Anteil nach Verbrauchsregionen ist wie folgt: Südkorea (35%), Nordamerika (29%), Taiwan (16%), China (10%) und Japan (7%), wobei Nordamerika, Südkorea und Taiwan, wo die Halbleiterhersteller ansässig sind, die größten Anteile halten.
Anteil der Siliziumwaferverkäufe nach Nationalität der Hersteller
Die Anteile nach Nationalität der Hersteller sind Japan (55 %), Taiwan (20 %), Deutschland (14 %) und Südkorea (10 %), wobei japanische Unternehmen einen hohen Anteil halten.