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半導体の超高純度の理由

現在の半導体には、超高純度の原料が用いられているそうですが、その理由は何ででしょうか?不純物が入っていると、電子の移動速度が不純物の混入によって生じた電位の偏りによって下がってしまうからでしょうか?どなたか教えてください。よろしくお願いします。

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  • 回答No.3
  • inara1
  • ベストアンサー率78% (652/834)

半導体デバイスでは、高純度のシリコン(Si)に、わざと不純物を混入(ドーピング)させて、n型やp型の性質を持つ部分を作ります。例えば、トランジスタのコレクタ領域は10^15個/cm^3 くらいの濃度になるように不純物をドーピングします。Siの原子濃度は 5×10^22/cm^3 ですから、不純物の割合は 0.000002% になります。この割合が変わってしまうと、トランジスタの性能が設計通りにならないので、製造工程ではこの不純物濃度を正確にコントロールします。しかし、ドーピングする量をいくらコントロールしても、もとのSi(ウェハ)の純度が悪ければ、最終的な不純物濃度の比率(トランジスタの性能に関係する)が設計通りになりません。したがって、Siウェハの不純物濃度はそれよりもさらに低くしておく必要があります。 0.000002% の不純物濃度は、純度に換算すると 99.999998%ですから、Siウェハはこれよりさらに高純度のものを使う必要があります。 Siに含まれる不純物以外に、洗浄に使う水や薬品、ガスに含まれる不純物も、混入すればデバイスの性能を悪化させる原因になるので、これらも非常に高純度のものが使われます。さらに、ANo.2さんの回答にあるように、空気中のゴミも半導体デバイスにとっては故障の原因ですのでクリーンルームで製造する必要があります。

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質問者からのお礼

ありがとうございます! >>0.000002% の不純物濃度は、純度に換算すると 99.999998%ですから、Siウェハはこれよりさらに高純度のものを使う必要があります。 これです!これが思い出せなくて困ってました。ありがとうございました。

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  • 回答No.2
  • sanori
  • ベストアンサー率48% (5664/11798)

こんばんは。 集積回路の集積度(トランジスタや回路パターンの細かさ)の技術向上は著しく、 平成の時代に入った頃のサイズは1μmぐらいでしたが、現在では0.1μmぐらいかそれ以下になっています。 よって、1チップの中に小さい欠陥が1つあるだけで、チップ全体として、即、不良になる確率が増しました。 そういうことで、高純度の原料の必要度が増してきています。 >>>電子の移動速度が不純物の混入によって生じた電位の偏りによって下がってしまうからでしょうか? そういう理由がないわけでもないですが、トランジスタが1個ダメになるというような単純な理由の方がウェイトが大きいです。 PN接合のところに欠陥があれば、即、アウトです。

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質問者からのお礼

ありがとうございます! これは講義で出題されたので、イメージとしては半導体としてなぜダメなのかという感じで聞かれているのだと勝手に解釈していましたが、トランジスタが一個ダメになるといった単純な理由も考えられるのですね。

  • 回答No.1
  • TEOS
  • ベストアンサー率35% (748/2137)

半導体の材料、原料でも、さまざまなものが有ります。 シリコンウエハーみたいに、Siのみの高純度品。異物があると割れる、歪むなどがあり、 まだ色々要因あるけど、割愛します。 シリコーンで、ゾルゲル法を用いて、オリゴマを作るやり方があります。複数の材料を用いて 反応、縮合させて作るものが有ります。異物が有ると、反応率が落ちるし、金属分が有ると 分解を起こす場合も有ります。 異物の混入防止に、原料は電子工業用、クリーンルームで製造します。 疑問が有れば、コメントください。

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質問者からのお礼

ありがとうございます! 頑張って考えていこうと思います。

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