Halvledare

Halvledaringenjörer designar och utvecklar nya halvledarenheter, kretsar och system. De kan arbeta med design, simulering, testning och optimering av halvledarenheter och utveckla nya tillverkningsprocesser.

Processingenjörer utvecklar och optimerar halvledartillverkningsprocesser, inklusive fotolitografi, deponering och etsning. De kan också arbeta med processkontroll, avkastningsförbättring och kvalitetskontroll.

Produktingenjörer säkerställer att halvledarprodukter uppfyller kundens krav och specifikationer. De kan arbeta med produkttestning, felanalys och kvalitetskontroll.

Applikationsingenjörer designar och implementerar halvledarlösningar för specifika applikationer. De kan tillhandahålla teknisk support, produktdemonstrationer och utbildning till kunder.

Forskare bedriver forskning inom halvledarteknologi för att utveckla nya material, enheter och tillverkningsprocesser. De kan arbeta i den akademiska världen, statliga forskningslaboratorier eller i den privata sektorn.

Ren silikons kristallstruktur är tredimensionell. Kisel (och germanium) tillhör IVa-kolumnen i det periodiska systemet, som är kolfamiljen av grundämnen. De huvudsakliga egenskaperna för dessa grundämnen är att varje atom har fyra elektroner att dela med närliggande atomer för att skapa bindningar. För en enkel beskrivning är typen av bindning mellan två kiselatomer en där varje atom erbjuder en elektron att dela med den andra atomen. Därför delas de två delade elektronerna faktiskt lika mellan de två atomerna. Denna typ av delning kallas en kovalent bindning som är en mycket stabil bindning, och som håller ihop de två atomerna tätt, och det krävs mycket energi för att bryta denna bindning. Detta bildar kiselkristallen, men inte halvledaren. I kiselkristallen används alla yttre elektroner i varje kiselatom för att skapa kovalenta bindningar med andra atomer. Så inga elektroner är tillgängliga för att resa från en position till en annan som en elektrisk ström. Därför anses en ren kiselkristall vara en riktigt bra isolator. En ren silikonkristall kallas en inneboende kristall. För att få kiselkristallen att leda elektricitet måste elektronerna tillåtas röra sig från en position till en annan inuti kristallen, oavsett de kovalenta bindningarna mellan atomerna. En metod för att göra detta är att införa en förorening i kristallstrukturen som liknar arsenik eller fosfor. Dessa grundämnen tillhör Va-gruppen i det periodiska systemet och har fem yttre elektroner för att dela med andra atomer. I denna metod binder fyra av de fem elektronerna till närliggande kiselatomer som tidigare, men en bindning kan bildas med den femte elektronen. Bara med en liten pålagd elektrisk spänning kan denna elektron enkelt flyttas. Eftersom den resulterande kristallen har extra strömförande elektroner, med en negativ laddning vardera, kallas den kisel av N-typ. Andra grundämnen – som gallium – har bara tre elektroner som kan delas med närliggande atomer. De tre elektronerna skapar en kovalent bindning med närliggande kiselatomer, men den förväntade fjärde bindningen kan inte skapas och lämnar ett hål i kristallens struktur. På så sätt verkar hål röra sig som en positiv laddning genom kristaller.