Ein verschmutzter Chip beeinträchtigt die Leistung. Hier sind vier Möglichkeiten zur Reinigung.

Waschen Sie zu Hause normalerweise Geschirr, Gemüse, Obst oder Kleidung? Gehören Sie zu den Menschen mit Zwangsstörungen, die darauf bestehen, alles blitzblank zu putzen? Dann können Sie gerne zum Chipswaschen zu uns kommen. Wie sollte der Chip also gereinigt werden? Soll es extra sauber gewaschen werden?

Die Chips, die wir üblicherweise verwenden, sind in Gehäusen versiegelt und können im Allgemeinen nicht verstauben. Während des Herstellungsprozesses wird der Chip jedoch freigelegt. Dann meinte ein Freund, es sei okay, wenn etwas Staub da sei, aber mach es nicht zu schmutzig. Doch in Wirklichkeit ist ein Staubkorn viel größer als die elektrischen Bauelemente auf einem Chip.

So kündigte beispielsweise im Juni dieses Jahres ein namhafter Mobiltelefonhersteller die Entwicklung von 2-nm-Chips an. Was ist ein 2-nm-Chip? Beträgt die Länge, Breite oder Dicke des Chips 2 nm? NEIN. 2 nm bezieht sich auf die „Strukturgröße“. Vereinfacht ausgedrückt kann man es so verstehen, dass die Linienbreite der oben genannten Schaltkreise und Geräte 2 nm beträgt. Wie groß ist der Staub? Wir sprechen oft von PM2,5 und PM10, also Partikeln mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometern bzw. 10 Mikrometern. 1 Mikrometer entspricht 1000 Nanometern. Wenn Staub eindringt, ist es sehr wahrscheinlich, dass die ursprünglich nichtleitenden Bereiche leitfähig werden und der Chip dadurch unbrauchbar wird. Daher heißt es, dass man keinen Sand in den Augen dulden sollte. Tatsächlich sollten Sie keinen Sand in Ihren Chips dulden. Natürlich besteht auch das Siliziummaterial des Chips selbst aus Sand. Nachdem der Chip hergestellt ist, darf kein Sand mehr hinzugefügt werden und es darf sich kein Staub darauf ansammeln.

Da Chips so empfindlich sind, muss bei ihrer Herstellung vieles beachtet werden. Zunächst einmal ist dieser Ort etwas ganz Besonderes. Auf der Straße geht das nicht, da der Wind alles wegweht. Der Ort, an dem Chips verarbeitet werden, wird als „Reinraum“ bezeichnet, und der Ort, an dem wir normalerweise experimentelle Tests durchführen, wird als „Reinlabor“ bezeichnet. Es gibt verschiedene Stufen von Reinraumlaboren, darunter Klasse 100, Klasse 1.000 und Klasse 10.000. Was bedeutet das? Klasse 100 bedeutet, dass nicht mehr als 100 Partikel mit einem Durchmesser größer oder gleich 0,1 Mikrometer pro Kubikmeter vorhanden sind. Es gibt auch einen höheren Standard, Stufe zehn, nicht mehr als zehn. Neben der Umwelt ist auch die Reinigung sehr wichtig und der Chip darf nicht verunreinigt werden. Darüber hinaus werden bei Chip-Entwicklungsexperimenten viele Waschschritte manuell durchgeführt. Zur Herstellung von Chips werden Siliziumwafer verwendet. Bevor die Silizium-Wafer gekauft und verwendet werden, müssen sie auf verschiedene Weise gereinigt werden.

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Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Reinigung. Eine einfachere Methode ist die sogenannte Spülreinigung. Im Labor wird der Chip in einen Behälter gegeben, mehrmals gespült, das Wasser ausgegossen und anschließend unter den Wasserhahn gehalten, der Wasserhahn aufgedreht und mit Wasser gespült. Natürlich muss auch das verwendete Wasser sehr sauber sein, es muss deionisiertes Wasser verwendet werden. Das ist also eine ziemliche Wasserverschwendung. In den Reinraumlaboren vieler wissenschaftlicher Forschungseinrichtungen werden täglich häufig mehrere Tausend Yuan für Wasser und Strom ausgegeben. Natürlich geben Chiphersteller viel mehr aus und die meisten von ihnen verwenden eine automatische Sprühreinigung.

Es gibt auch ein Reinigungsverfahren namens „organische Reinigung“, mit dem die meisten organischen Verunreinigungen entfernt werden können. Das ist ein bisschen so, als würde man Gläser mit einem Ultraschallreiniger spülen. Natürlich ist die Leistung größer als beim Gläserspülen. Legen Sie den Chip in eine Acetonlösung und lassen Sie ihn mit einem Ultraschallreiniger vibrieren. Verwenden Sie dann Ethanol (ein Alkohol), um das Aceton aufzulösen. Anschließend mit Wasser abspülen, um das Ethanol auszuwaschen. Natürlich muss der verwendete Ethanol eine relativ hohe Reinheit aufweisen, sogenanntes Ethanol der MOS-Klasse, und kann nicht zum Waschen mit Erguotou verwendet werden.

Es gibt auch eine Methode namens Säurereinigung. Aufgrund der häufigeren Anwendung wird es auch als „konventionelle Reinigung“ bezeichnet. Dabei werden die Chips mit Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid ausgekocht. Diese Säurereinigung wird im Englischen Piranha Clean genannt. Piranha bedeutet auf Englisch Piranha. Sie können sich vorstellen, dass diese Reinigungsmethode alle möglichen Dinge wie Piranhas frisst und die meisten üblichen Schadstoffe entfernen kann. Obwohl es die meisten gängigen Schadstoffe entfernen kann, werden Kaliumionen nicht vollständig entfernt und die Auswirkungen der Kaliumionen auf den Chip sind relativ groß. Aus diesem Grund gibt es eine spezielle Reinigungsmethode, die als Reinigung mit Kaliumionenentfernung bezeichnet wird. Im Labor werden Salzsäure und Wasserstoffperoxid zur Reinigung erhitzt und in der industriellen Produktion gibt es viele Reinigungsmethoden zum Entfernen verschiedener Ionen.

Nach der Säurereinigung und der Reinigung zur Entfernung von Kaliumionen ist es notwendig, mit Wasser zu spülen und nach dem Waschen mit einer Stickstoffpistole trockenzublasen. Bei diesem Vorgang ist das Tragen einer Maske erforderlich, da sonst die ganze Reinigung umsonst war, wenn man in Richtung des Chips hustet. Wenn einige Materialien auf dem Chip mit dem Reinigungsmittel reagieren, kann diese Art der Reinigung natürlich nicht verwendet werden. Beispielsweise werden manche Materialien durch Säure angegriffen und können nicht mit kochender Säure gereinigt werden. Daher werden diese Reinigungsschritte häufig durchgeführt, bevor der Siliziumwafer verwendet wird.

Tatsächlich werden die genannten Methoden im Alltag in der Regel nicht angewendet. Beispielsweise ist es nicht möglich, Gemüse beim Waschen in konzentrierter Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid zu kochen. Sie können zum Reinigen von Gläsern dennoch organische Reinigungsmittel verwenden, verzichten Sie jedoch auf Aceton. Aceton ist etwas giftig und kann sogar den Kunststoff in Ihren Augen auflösen. Wir verwenden nur Waschmittel. Eine häufigere Methode ist das Spülen. Beim Waschen von Obst können Sie es unter den Wasserhahn halten und kontinuierlich abspülen, aber dadurch wird mehr Wasser verschwendet.

Schließlich haben wir normalerweise nicht so hohe Ansprüche an die Sauberkeit, also wer unter einer Zwangsstörung leidet und es besonders sauber waschen muss, kann gerne Chip-bezogene Studiengänge studieren. Aber auch wenn Sie nicht an einer Zwangsstörung leiden, kann es sein, dass Sie nach dem Studium dieses Hauptfachs eine entwickeln, so wie ich. Tatsächlich handelt es sich bei diesen manuellen Vorgängen jedoch ausschließlich um Labormethoden und die dabei entstehenden Natriumionen können die Leistung beeinträchtigen, sodass die industrielle Chipproduktion mittlerweile maschinell erfolgt.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Tiangeng

Gutachter: Huang Yongguang (Associate Researcher, Institut für Halbleiter, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.