Nền tảng thử nghiệm bán dẫn: Việc sử dụng đá granit có những ưu điểm gì so với vật liệu gang?

Trong lĩnh vực kiểm tra chất bán dẫn, việc lựa chọn vật liệu cho nền tảng kiểm tra đóng vai trò quyết định đến độ chính xác và độ ổn định của thiết bị. So với vật liệu gang truyền thống, đá granit đang trở thành lựa chọn lý tưởng cho nền tảng kiểm tra chất bán dẫn nhờ hiệu suất vượt trội của nó.
Khả năng chống ăn mòn vượt trội đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài.
Trong quá trình kiểm tra chất bán dẫn, thường có sự tham gia của nhiều chất hóa học khác nhau, chẳng hạn như dung dịch kali hydroxit (KOH) được sử dụng để phát triển chất cản quang, và các chất ăn mòn mạnh 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 các phản ứng thế với các chất axit trong dung dịch, gây ra sự ăn mòn nhanh chóng bề mặt, tạo thành gỉ sét và các vết lõm, làm giảm độ phẳng và độ chính xác kích thước của nền tảng.

Ngược lại, thành phần khoáng chất của đá granit mang lại cho nó khả năng chống ăn mòn đặc biệt. 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 thông thường. Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra rằng trong cùng một môi trường hóa học mô phỏng quá trình phát hiện chất bán dẫn, khả năng chống ăn mòn hóa học của đá granit cao hơn gấp 15 lần so với gang. Điều này có nghĩa là việc sử dụng nền tảng đá granit có thể giảm đáng kể tần suất và chi phí bảo trì thiết bị do ăn mòn gây ra, kéo dài tuổi thọ của thiết bị và đảm bảo tính ổn định lâu dài của độ chính xác phát hiện.
Độ ổn định cực cao, đáp ứng yêu cầu về độ chính xác phát hiện ở cấp độ nanomet.
Kiểm tra chất bán dẫn đòi hỏi độ ổn định của nền tảng cực kỳ cao 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 lượng sinh ra do hoạt động của thiết bị đo 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 sai lệch vị trí giữa đầu dò và chip, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

Hệ số giãn nở nhiệt của đá granit chỉ là 0,6-5×10⁻⁶/℃, thấp hơn rất nhiều so với gang. Cấu trúc của nó 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, gấp 2 đến 3 lần so với gang (tương đương HRC > 51), có thể chống lại hiệu quả các tác động và rung động từ bên ngoài, đồng thời duy trì độ phẳng và thẳng của mặt bàn. Ví dụ, trong việc phát hiện mạch chip độ chính xác cao, mặt bàn đá granit có thể kiểm soát sai số độ phẳng trong phạm vi ±0,5μm/m, đảm bảo thiết bị phát hiện vẫn có thể đạt được độ chính xác ở cấp độ nano trong môi trường phức tạp.
Đặc tính chống từ tính vượt trội, tạo ra môi trường dò tìm 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 một từ trường cảm ứng, gây nhiễu tín hiệu điện từ của thiết bị phát hiện, dẫn đến biến dạng 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 ổn định, không bị ảnh hưởng bởi các lực điện từ bên ngoài. Trong môi trường từ mạnh 10mT, cường độ từ trường cảm ứng trên bề mặt đá granit nhỏ hơn 0,001mT, trong khi đó trên bề mặt gang có thể cao hơn 8mT. Đặc điểm này cho phép nền đá granit tạo ra môi trường điện từ thuần khiết cho thiết bị dò tìm, đặc biệt phù hợp với các trường hợp có yêu cầu nghiêm ngặt về nhiễu điện từ như dò tìm chip lượng tử và dò tìm mạch tương tự độ chính xác cao, giúp nâng cao hiệu quả độ tin cậy và tính nhất quán của kết quả dò tìm.

Trong việc xây dựng các nền tảng 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 chống từ tính. Khi công nghệ bán dẫn tiến tới độ chính xác cao hơn, 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.