3 разлога зашто је силицијум идеалан полупроводник за производњу чипова

Многи наши свакодневни електронски уређаји се на овај или онај начин ослањају на транзисторе. Транзистори су електронске компоненте које се користе за контролу тока струје која пролази кроз уређај. Они делују као електронски контролисани прекидачи који се укључују и искључују, обезбеђујући бинарне сигнале које уређаји могу да користе за обраду података.

Као што можете замислити, транзистори су присутни у скоро сваком електронском уређају који свакодневно користите. Транзистори се могу направити на основу неколико сировина. Међутим, произвођачи више воле да користе силицијум изнад било ког другог материјала. Ево три разлога зашто.

1. Силицијум је јефтин

Силицијум је други најзаступљенији елемент у земљиној кори после кисеоника. Иако је чисти силицијум реткост, материјали попут силицијум диоксида (СиО2) су лако доступни на отвореном на плажи или у другим пешчаним окружењима.

Обично бисте могли да идентификујете силицијум на плажи као сјајна зрна која светлуцају када рукујете песком по сунчаном дану.

Плажа, међутим, није добро место за набавку силицијума. Песак на плажи има превише нечистоћа да однос силицијум диоксида и других материјала није идеалан. Произвођачи би или куповали од добављача силицијума или би сами вадили материјале на местима где су концентрације силицијума густе.

У поређењу са другим металоидним материјалима, силицијум има много лакши и једноставнији начин пречишћавања. Пошто је силицијум само комбиновани силицијум и кисеоник, све што треба да урадите је да уклоните честице кисеоника и преостаје вам чисти силицијум.

Процес је увођење угљеника са силицијумом у пећи загрејаној до 3.632 степена Фаренхајта (2.000 степени Целзијуса). Енергија из топлоте би разбила силицијум и кисеоник. На основу атомске структуре, већа је вероватноћа да ће се кисеоник повезати са угљеником, остављајући високо концентрисани силицијум у процесу.

2. Силицијум се користи за прављење МОСФЕТ-ова који се користе за обраду чипова

МОСФЕТ-ови (метал-оксид-силицијум-транзистор са ефектом поља) су идеалан тип транзистора за прављење процесора и меморије као што су ЦПУ, РАМ, ССД-ови и флеш дискови. Као што назив имплицира, МОСФЕТ-ови су направљени од силицијума. Постоји неколико квалитета МОСФЕТ-а који их чине идеалним компонентама за прављење чипова за обраду. То би укључивало:

• Енергетску ефикасност. За разлику од других транзистора, МОСФЕТ-ови се контролишу напоном, а не струјом. Са напоном који контролише капију и само минималним количинама струје која пролази кроз транзистор, троши се мање енергије.
• Високофреквентно пребацивање. Коришћење само минималне струје за укључивање и искључивање МОСФЕТ-а чини ове врсте транзистора идеалним за апликације високе фреквенције као што су процесори.
• Ниске електромагнетне сметње. Ниске струје спречавају МОСФЕТ-ове да производе електромагнетне сметње које могу утицати на друге компоненте поред њих. Без бриге о електромагнетним сметњама, инжењери су могли да их упакују у тако густе формате.
• Природна изолација. Силицијум има својства која чине природну изолацију. Други разлог зашто МОСФЕТ-ови могу бити густо упаковани је њихова природна изолација.
• Греат Тхермалс. Велике струје загревају проводнике. Пошто МОСФЕТ-ови не користе много струје, они се не загревају толико – осим ако их не оверклокујете, наравно.
• Оверцлоцкабле. Рад са ниском топлотом такође значи да МОСФЕТ-ови који се користе као прекидачи могу бити пригушени много више у поређењу са другим типовима транзистора.

Са својим бројним предностима и применама, МОСФЕТ-ови су транзистор по избору када се праве компоненте електронских чипова, али зашто уопште користити силицијум за прављење транзистора са ефектом поља? Зашто не и други елементи?

Приликом израде транзистора, произвођачи треба да користе елемент са полупроводљивим својствима као што је силицијум. Полупроводници су металоиди који нису ни проводник ни изолатор. Они и даље дозвољавају струји да тече кроз њих, само на веома неефикасан начин.

Чисти силицијум је природно лош проводник. Међутим, додавањем нечистоћа као што су бор и фосфор, инжењери су могли да промене проводне особине полупроводници, омогућавајући транзисторима да прелазе са проводника на изолатор када се уведе напон, слично као прекидач.

Повезан: Шта Апплеове иПхоне чипове чини тако посебним?

3. Једноставан процес израде

Иако други полупроводници имају својства која могу да направе боље транзисторе са ефектом поља, силицијум је и даље пожељан материјал због његове лакоће израде. То значи мање сложености што значи мање новца потрошеног на специјалне алате и додатну обраду.

Један од главних разлога зашто је са силицијумом лакше радити је због његове високе тачке топљења. Тачка топљења силицијума је 2.570 степени Фаренхајта (1.410 степени Целзијуса). Материјал са високом тачком топљења је неопходан за производњу микрочипова, посебно ако се имплементирају „гате-ласт“. производња, која уводи лажну капију која се користи као чувар места за прављење калупа где треба да буде стварна активна капија инсталиран.

Још једно својство које чини силицијум лакшим за производњу је његово природно изолационо својство. Када се кисеоник унесе у горње слојеве силикона, они формирају слој метал-оксид-силицијум (стакло). Стакло је одличан изолатор чак и у танким слојевима, омогућавајући произвођачима да имају бесплатну изолацију, штедећи им тону трошкова и времена производње.

Осим што је јефтина, производња силицијума је такође много значајнија од било које друге производње полупроводника на тржишту. Са силицијумом који је лако доступан, произвођачи не морају да брину да ће понестати сировина за рад, поново штеде време и праве више микрочипова, што значи већу зараду.

Повезан: Шта је систем на чипу (СоЦ)?

Силицијум је свуда

Силицијум је врхунски полупроводник који је омогућио нашем свету да постане просперитетни и да буде технолошки бехемот какав је данас. Он је одговоран за омогућавање одређене технологије и такође је разлог зашто већина света може да ужива у технологији.

Иако силицијум има многе производне предности које технолошку индустрију чине профитабилнијом, ви, потрошач, такође имате користи од производње силицијума. Електронски уређаји као што су паметни телефони, рачунари, играчке конзоле, телевизори, ЦМОС камере и сви остали паметни уређаји су доступни због ниске цене сировина и лакши производња.

Силицијум је толико велики део нашег живота да, иронично, силицијум (нечисти силицијум) мора да се вади из пешчаних средина, док се чисти силицијум може наћи разбацан по целом нашем домаћинству.

Када се Муров закон заврши: 3 алтернативе силицијумским чиповима

Муров закон је деценијама диктирао темпо технолошког развоја. Али шта се дешава када се достигну његове физичке границе?

Реад Нект

О аутору