W dziedzinie testowania półprzewodników, dobór materiału platformy testowej odgrywa decydującą rolę w dokładności testów i stabilności sprzętu. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami żeliwnymi, granit staje się idealnym wyborem na platformy testowe półprzewodników ze względu na swoje wyjątkowe właściwości.
Wyjątkowa odporność na korozję gwarantuje długotrwałą, stabilną pracę
W procesie testowania półprzewodników często stosuje się różne odczynniki chemiczne, takie jak roztwór wodorotlenku potasu (KOH) używany do wywoływania fotorezystu oraz silnie żrące substancje, takie jak kwas fluorowodorowy (HF) i kwas azotowy (HNO₃) w procesie trawienia. Żeliwo składa się głównie z pierwiastków żelazowych. W takim środowisku chemicznym reakcje utleniania i redukcji są bardzo prawdopodobne. Atomy żelaza tracą elektrony i ulegają reakcji wypierania z kwaśnymi substancjami w roztworze, powodując szybką korozję powierzchni, powstawanie rdzy i wgłębień oraz pogarszając płaskość i dokładność wymiarową platformy.
Natomiast skład mineralny granitu zapewnia mu wyjątkową odporność na korozję. Jego główny składnik, kwarc (SiO₂), charakteryzuje się wyjątkowo stabilnymi właściwościami chemicznymi i praktycznie nie reaguje z powszechnie stosowanymi kwasami i zasadami. Minerały takie jak skaleń są również obojętne w środowisku chemicznym. Liczne eksperymenty wykazały, że w tym samym symulowanym środowisku chemicznym do wykrywania półprzewodników, odporność granitu na korozję chemiczną jest ponad 15 razy wyższa niż żeliwa. Oznacza to, że zastosowanie platform granitowych może znacznie zmniejszyć częstotliwość i koszty konserwacji urządzeń spowodowanej korozją, wydłużyć ich żywotność oraz zapewnić długoterminową stabilność dokładności detekcji.
Bardzo wysoka stabilność, spełniająca wymagania dokładności detekcji na poziomie nanometrów
Testowanie półprzewodników stawia niezwykle wysokie wymagania dotyczące stabilności platformy i wymaga precyzyjnego pomiaru charakterystyki układu scalonego w skali nano. Współczynnik rozszerzalności cieplnej żeliwa jest stosunkowo wysoki i wynosi około 10-12 ×10⁻⁶/℃. Ciepło generowane przez urządzenia detekcyjne lub wahania temperatury otoczenia powodują znaczne rozszerzanie i kurczenie się platformy żeliwnej, co skutkuje odchyleniem położenia sondy detekcyjnej od układu scalonego i wpływa na dokładność pomiaru.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej granitu wynosi zaledwie 0,6-5×10⁻⁶/℃, co stanowi ułamek lub nawet mniej niż współczynnik żeliwa. Jego struktura jest gęsta. Naprężenia wewnętrzne zostały zasadniczo wyeliminowane poprzez długotrwałe, naturalne starzenie i są minimalnie podatne na zmiany temperatury. Ponadto granit charakteryzuje się dużą sztywnością, z twardością 2-3 razy wyższą niż żeliwo (równą HRC > 51), co skutecznie chroni przed uderzeniami i wibracjami zewnętrznymi oraz zapewnia płaskość i prostoliniowość platformy. Na przykład, w przypadku precyzyjnej detekcji układów scalonych, platforma granitowa może kontrolować błąd płaskości w zakresie ±0,5 μm/m, zapewniając, że urządzenia detekcyjne nadal mogą osiągać precyzję detekcji na poziomie nano w złożonych środowiskach.
Wyjątkowe właściwości antymagnetyczne, tworzące czyste środowisko detekcji
Elementy elektroniczne i czujniki w urządzeniach do testowania półprzewodników są niezwykle wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne. Żeliwo charakteryzuje się pewnym stopniem magnetyzmu. W środowisku elektromagnetycznym generuje ono indukowane pole magnetyczne, które zakłóca sygnały elektromagnetyczne urządzeń detekcyjnych, powodując zniekształcenia sygnału i nieprawidłowe wyniki detekcji.
Granit natomiast jest materiałem antymagnetycznym i trudno go spolaryzować pod wpływem zewnętrznych pól magnetycznych. Elektrony wewnętrzne występują parami w wiązaniach chemicznych, a struktura jest stabilna i odporna na działanie zewnętrznych sił elektromagnetycznych. W silnym polu magnetycznym o natężeniu 10 mT, natężenie indukowanego pola magnetycznego na powierzchni granitu wynosi mniej niż 0,001 mT, podczas gdy na powierzchni żeliwa przekracza 8 mT. Ta cecha umożliwia platformie granitowej stworzenie czystego środowiska elektromagnetycznego dla urządzeń detekcyjnych, co jest szczególnie przydatne w sytuacjach o wysokich wymaganiach dotyczących szumu elektromagnetycznego, takich jak detekcja chipów kwantowych i detekcja układów analogowych o wysokiej precyzji, skutecznie zwiększając niezawodność i spójność wyników detekcji.
W konstrukcji platform testowych półprzewodników, granit zdecydowanie przewyższył żeliwo dzięki swoim istotnym zaletom, takim jak odporność na korozję, stabilność i właściwości antymagnetyczne. Wraz z rozwojem technologii półprzewodnikowej w kierunku wyższej precyzji, granit będzie odgrywał coraz ważniejszą rolę w zapewnianiu wydajności sprzętu testowego i wspieraniu rozwoju przemysłu półprzewodnikowego.
Czas publikacji: 15 maja 2025 r.