Trong lĩnh vực thử nghiệm bán dẫn, việc lựa chọn vật liệu bệ thử nghiệm đóng vai trò quyết định đến độ chính xác của thử nghiệm và độ ổn định của thiết bị. So với vật liệu gang đúc truyền thống, đá granit đang trở thành lựa chọn lý tưởng cho bệ thử nghiệm bán dẫn nhờ hiệu suất vượt trội.
Khả năng chống ăn mòn vượt trội đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài
Trong quá trình thử nghiệm bán dẫn, nhiều loại thuốc thử hóa học thường được sử dụng, chẳng hạn như dung dịch kali hydroxit (KOH) dùng để phát triển chất cản quang, và các chất ăn mòn cao như axit flohydric (HF) và axit nitric (HNO₃) trong quá trình khắc. Gang chủ yếu được cấu tạo từ các nguyên tố sắt. Trong môi trường hóa học như vậy, các phản ứng oxy hóa khử rất dễ xảy ra. Các nguyên tử sắt mất electron và trải qua phản ứng thế với các chất có tính axit trong dung dịch, gây ăn mòn bề mặt nhanh chóng, hình thành gỉ sét và các vết lõm, đồng thời làm giảm độ phẳng và độ chính xác kích thước của bệ.
Ngược lại, thành phần khoáng chất của đá granit mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội. Thành phần chính của nó, thạch anh (SiO₂), có tính chất hóa học cực kỳ ổn định và hầu như không phản ứng với các axit và bazơ thông thường. Các khoáng chất như fenspat cũng trơ trong môi trường hóa học nói chung. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra rằng trong cùng một môi trường hóa học phát hiện bán dẫn mô phỏng, khả năng chống ăn mòn hóa học của đá granit cao hơn 15 lần so với gang. Điều này có nghĩa là việc sử dụng bệ đá granit có thể giảm đáng kể tần suất và chi phí bảo trì thiết bị do ăn mòn, kéo dài tuổi thọ của thiết bị và đảm bảo độ chính xác phát hiện ổn định lâu dài.
Độ ổn định cực cao, đáp ứng yêu cầu về độ chính xác phát hiện ở cấp độ nanomet
Kiểm tra chất bán dẫn có yêu cầu cực kỳ cao về độ ổn định của nền tảng và cần đo chính xác các đặc tính của chip ở cấp độ nano. Hệ số giãn nở nhiệt của gang tương đối cao, khoảng 10-12 ×10⁻⁶/℃. Nhiệt sinh ra từ hoạt động của thiết bị phát hiện hoặc sự dao động của nhiệt độ môi trường sẽ gây ra sự giãn nở và co lại đáng kể của nền tảng gang, dẫn đến độ lệch vị trí giữa đầu dò phát hiện và chip, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
Hệ số giãn nở nhiệt của đá granit chỉ từ 0,6-5×10⁻⁶/℃, chỉ bằng một phần nhỏ hoặc thậm chí thấp hơn hệ số giãn nở nhiệt của gang. Cấu trúc của đá granit rất đặc. Ứng suất bên trong về cơ bản đã được loại bỏ thông qua quá trình lão hóa tự nhiên lâu dài và ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ. Ngoài ra, đá granit có độ cứng cao, với độ cứng cao gấp 2 đến 3 lần so với gang (tương đương HRC > 51), có thể chống lại các tác động và rung động bên ngoài một cách hiệu quả và duy trì độ phẳng và độ thẳng của bệ. Ví dụ, trong phát hiện mạch chip có độ chính xác cao, bệ đá granit có thể kiểm soát sai số độ phẳng trong phạm vi ±0,5μm/m, đảm bảo rằng thiết bị phát hiện vẫn có thể đạt được độ chính xác ở cấp độ nano trong các môi trường phức tạp.
Tính chất chống từ tính vượt trội, tạo ra môi trường phát hiện tinh khiết
Các linh kiện điện tử và cảm biến trong thiết bị kiểm tra bán dẫn cực kỳ nhạy cảm với nhiễu điện từ. Gang có một mức độ từ tính nhất định. Trong môi trường điện từ, nó sẽ tạo ra từ trường cảm ứng, gây nhiễu tín hiệu điện từ của thiết bị phát hiện, dẫn đến méo tín hiệu và dữ liệu phát hiện bất thường.
Ngược lại, đá granit là vật liệu phản từ và hầu như không bị phân cực bởi từ trường bên ngoài. Các electron bên trong tồn tại theo cặp trong các liên kết hóa học, và cấu trúc của nó ổn định, không bị ảnh hưởng bởi lực điện từ bên ngoài. Trong môi trường từ trường mạnh 10mT, cường độ từ trường cảm ứng trên bề mặt đá granit nhỏ hơn 0,001mT, trong khi cường độ từ trường cảm ứng trên bề mặt gang có thể lên tới hơn 8mT. Tính năng này cho phép bệ đá granit tạo ra một môi trường điện từ thuần túy cho thiết bị phát hiện, đặc biệt phù hợp với các tình huống có yêu cầu nghiêm ngặt về nhiễu điện từ như phát hiện chip lượng tử và phát hiện mạch tương tự có độ chính xác cao, giúp nâng cao hiệu quả độ tin cậy và tính nhất quán của kết quả phát hiện.
Trong xây dựng bệ thử nghiệm bán dẫn, đá granit đã vượt trội hơn hẳn vật liệu gang nhờ những ưu điểm vượt trội như khả năng chống ăn mòn, độ ổn định và khả năng kháng từ. Khi công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển, đá granit sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất của thiết bị thử nghiệm và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn.
Thời gian đăng: 15-05-2025