Khí có độ tinh khiết cực cao (UHP) là huyết mạch của ngành công nghiệp bán dẫn. Khi nhu cầu chưa từng có và sự gián đoạn đối với chuỗi cung ứng toàn cầu đẩy giá khí áp suất cực cao lên cao, các phương pháp sản xuất và thiết kế chất bán dẫn mới đang làm tăng mức độ kiểm soát ô nhiễm cần thiết. Đối với các nhà sản xuất chất bán dẫn, việc có thể đảm bảo độ tinh khiết của khí UHP là điều quan trọng hơn bao giờ hết.

Khí có độ tinh khiết cực cao (UHP) cực kỳ quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn hiện đại

Một trong những ứng dụng chính của khí UHP là trơ hóa: Khí UHP được sử dụng để cung cấp bầu không khí bảo vệ xung quanh các bộ phận bán dẫn, từ đó bảo vệ chúng khỏi tác hại của độ ẩm, oxy và các chất gây ô nhiễm khác trong khí quyển. Tuy nhiên, quán tính hóa chỉ là một trong nhiều chức năng khác nhau mà khí thực hiện trong ngành bán dẫn. Từ khí plasma sơ cấp đến khí phản ứng được sử dụng trong ăn mòn và ủ, khí áp suất cực cao được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau và rất cần thiết trong toàn bộ chuỗi cung ứng chất bán dẫn.

Một số loại khí “lõi” trong ngành bán dẫn bao gồmnitơ(được sử dụng làm chất tẩy rửa thông thường và khí trơ),argon(được sử dụng làm khí plasma chính trong các phản ứng ăn mòn và lắng đọng),khí heli(được sử dụng làm khí trơ có đặc tính truyền nhiệt đặc biệt) vàhydro(đóng nhiều vai trò trong ủ, lắng đọng, epitaxy và làm sạch huyết tương).

Khi công nghệ bán dẫn phát triển và thay đổi, các loại khí được sử dụng trong quá trình sản xuất cũng thay đổi. Ngày nay, các nhà máy sản xuất chất bán dẫn sử dụng nhiều loại khí khác nhau, từ các loại khí hiếm nhưkryptonVàđèn neonđến các chất phản ứng như nitơ triflorua (NF 3 ) và vonfram hexaflorua (WF 6 ).

Nhu cầu ngày càng tăng về độ tinh khiết

Kể từ khi phát minh ra vi mạch thương mại đầu tiên, thế giới đã chứng kiến ​​sự gia tăng đáng kinh ngạc gần như theo cấp số nhân về hiệu suất của các thiết bị bán dẫn. Trong 5 năm qua, một trong những cách chắc chắn nhất để đạt được loại cải thiện hiệu suất này là thông qua “mở rộng quy mô”: giảm kích thước chính của kiến ​​trúc chip hiện có để ép nhiều bóng bán dẫn hơn vào một không gian nhất định. Ngoài ra, sự phát triển của kiến ​​trúc chip mới và việc sử dụng các vật liệu tiên tiến đã tạo ra những bước nhảy vọt về hiệu suất thiết bị.

Ngày nay, các kích thước quan trọng của chất bán dẫn tiên tiến quá nhỏ nên việc chia tỷ lệ kích thước không còn là cách khả thi để cải thiện hiệu suất thiết bị. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu chất bán dẫn đang tìm kiếm giải pháp dưới dạng vật liệu mới và kiến ​​trúc chip 3D.

Nhiều thập kỷ thiết kế lại không mệt mỏi có nghĩa là các thiết bị bán dẫn ngày nay mạnh hơn nhiều so với các vi mạch cũ nhưng chúng cũng mỏng manh hơn. Sự ra đời của công nghệ chế tạo tấm bán dẫn 300mm đã nâng cao mức độ kiểm soát tạp chất cần thiết cho sản xuất chất bán dẫn. Ngay cả sự nhiễm bẩn nhỏ nhất trong quy trình sản xuất (đặc biệt là khí hiếm hoặc khí trơ) cũng có thể dẫn đến hỏng hóc thiết bị nghiêm trọng – vì vậy độ tinh khiết của khí giờ đây quan trọng hơn bao giờ hết.

Đối với một nhà máy chế tạo chất bán dẫn điển hình, khí có độ tinh khiết cực cao đã là chi phí vật liệu lớn nhất sau silicon. Những chi phí này dự kiến ​​sẽ chỉ tăng khi nhu cầu về chất bán dẫn tăng lên một tầm cao mới. Các sự kiện ở châu Âu đã gây thêm sự gián đoạn cho thị trường khí đốt tự nhiên áp suất cực cao đang căng thẳng. Ukraina là một trong những nước xuất khẩu chất có độ tinh khiết cao lớn nhất thế giớiđèn neondấu hiệu; Cuộc xâm lược của Nga có nghĩa là nguồn cung cấp khí hiếm đang bị hạn chế. Điều này lại dẫn đến tình trạng thiếu hụt và giá các loại khí cao quý khác nhưkryptonVàxenon.