3 grunner til at silisium er den ideelle halvlederen for brikkeproduksjon

Mange av våre daglige elektroniske enheter er avhengige av transistorer på en eller annen måte. Transistorer er elektroniske komponenter som brukes til å kontrollere strømmen av strøm som går gjennom en enhet. De fungerer som elektronisk kontrollerte brytere som slår av og på, og gir binære signaler som enheter kan bruke til å behandle data.

Som du kan forestille deg, er transistorer til stede i nesten alle elektroniske enheter du bruker daglig. Transistorer kan lages basert på flere råmaterialer. Imidlertid foretrekker produsenter å bruke silisium fremfor andre materialer. Her er tre grunner.

1. Silisium er billig

Silisium er det nest mest tallrike grunnstoffet på jordskorpen etter oksygen. Selv om rent silisium er sjeldent, er materialer som silisiumdioksyd (SiO2) lett tilgjengelige på stranden eller i andre sandmiljøer.

Du kan vanligvis identifisere silika på stranden som de skinnende kornene som glitrer når du håndterer sand på en solrik dag.

Stranden er imidlertid ikke et bra sted å hente silisium. Strandsand har alt for mange urenheter at forholdet mellom silika og andre materialer ikke er ideelt. Produsenter vil enten kjøpe fra silisiumleverandører eller bryte materialene selv på steder der silisiumkonsentrasjonen er tett.

Sammenlignet med andre metalloidmaterialer har silisium en mye enklere og grei måte å rense på. Siden silisium bare er silisium og oksygen kombinert, er alt du trenger å gjøre å fjerne oksygenpartiklene, og du sitter igjen med rent silisium.

Prosessen er å introdusere karbon med silika på en ovn som er varmet opp til 3632 grader Fahrenheit (2000 grader Celsius). Energien fra varmen ville bryte silisium og oksygen fra hverandre. Basert på atomstrukturer er det mer sannsynlig at oksygen binder seg til karbon, og etterlater høyt konsentrert silisium i prosessen.

2. Silisium brukes til å lage MOSFET-er som brukes til å behandle brikker

MOSFET-er (metal-oxide-silicon field-effect-transistor) er den ideelle typen transistorer for å lage prosessorer og minne som CPUer, RAM-er, SSD-er og flash-stasjoner. Som navnet tilsier, er MOSFET-er laget av silisium. Det er flere kvaliteter av MOSFETS som gjør dem til de ideelle komponentene for å lage prosesseringsbrikker. Disse vil inkludere:

• Strømeffektivitet. I motsetning til andre transistorer, styres MOSFETS av spenning og ikke strøm. Med spenning som kontrollerer porten og bare minimale mengder strøm som passerer gjennom transistoren, forbrukes mindre energi.
• Høyfrekvent veksling. Ved å bruke bare minimal strøm for å slå MOSFET PÅ og AV gjør disse typene transistorer ideelle for høyfrekvente applikasjoner som på prosessorer.
• Lite elektromagnetisk interferens. Lave strømmer forhindrer MOSFET fra å produsere elektromagnetiske forstyrrelser som kan påvirke andre komponenter ved siden av den. Uten å bekymre seg for elektromagnetisk interferens, klarte ingeniører å pakke dem i så tette formater.
• Naturlig isolasjon. Silisium har egenskaper som gjør naturlig forekommende isolasjon. En annen grunn til at MOSFET kan pakkes tett, er gjennom dens naturlig forekommende isolasjon.
• Flott termikk. Høye strømmer gjør ledere varme. Siden MOSFET-er ikke bruker mye strøm, varmes de ikke opp så mye - med mindre du overklokker dem, selvfølgelig.
• Overklokkebar. Å kjøre med lav varme betyr også at MOSFETS som brukes som brytere kan strupes mye mer sammenlignet med andre typer transistorer.

Med sine mange fordeler og bruksområder er MOSFETS den foretrukne transistoren når du lager elektroniske brikkekomponenter, men hvorfor bruke silisium for å lage felteffekttransistorer i utgangspunktet? Hvorfor ikke andre elementer?

Når man lager transistorer, må produsenter bruke et element med halvledende egenskaper som silisium. Halvledere er metalloider som verken er en leder eller en isolator. De lar fortsatt strøm flyte gjennom dem, bare på en veldig ineffektiv måte.

Rent silisium er naturlig nok en dårlig leder. Ved å tilsette urenheter som bor og fosfor, var imidlertid ingeniører i stand til å endre de ledende egenskapene til halvledere, som lar transistorer bytte fra leder til isolator når spenningen innføres, omtrent som en bytte om.

I slekt: Hva gjør Apples iPhone-brikker så spesielle?

3. Enkel fremstillingsprosess

Selv om andre halvledere har egenskaper som kan lage bedre felteffekttransistorer, er silisium fortsatt det foretrukne materialet på grunn av dets enkle fabrikasjon. Dette betyr mindre kompleksitet som betyr mindre penger brukt på spesialverktøy og ekstra prosessering.

En av hovedårsakene til at silisium er lettere å jobbe med er på grunn av det høye smeltepunktet. Smeltepunktet til silisium er 2570 grader Fahrenheit (1410 grader Celsius). Et materiale med høyt smeltepunkt er avgjørende for produksjon av mikrobrikker, spesielt hvis de implementerer gate-last produksjon, som introduserer en dummy-port som brukes som plassholder for å lage en form der den faktiske aktive porten skal være installert.

En annen egenskap som gjør silisium lettere å fremstille, er dens naturlig forekommende isolerende egenskap. Når oksygen introduseres til de øverste silisiumlagene, danner de et lag av metalloksyd-silisium (Glass). Glass er en utmerket isolator selv i tynne lag, som lar produsenter ha gratis isolasjon, og sparer dem for massevis av kostnader og produksjonstid.

Bortsett fra å være billig, er silisiumproduksjon også mye viktigere enn noen annen halvlederproduksjon på markedet. Med silisium lett tilgjengelig, trenger ikke produsentene å bekymre seg for å gå tom for råvarer å jobbe med, igjen sparer tid og lager flere mikrobrikker, noe som gir mer fortjeneste.

I slekt: Hva er et system på en brikke (SoC)?

Silisium er overalt

Silisium er den ultimate halvlederen som tillot vår verden å bli velstående og være den teknologiske giganten den er i dag. Det er ansvarlig for å gjøre viss teknologi mulig og er også grunnen til at flertallet av verden kan nyte teknologi.

Selv om silisium har mange produksjonsfordeler som gjør teknologiindustrien mer lønnsom, har du som forbruker også fordel av silisiumproduksjon. Elektroniske enheter som smarttelefoner, datamaskiner, spillkonsoller, TV-er, CMOS-kameraer og alle andre smarte enheter er gjort rimelige på grunn av de lave kostnadene for råvarer og enklere produksjon.

Silisium er en så stor del av livet vårt at ironisk nok må silisium (uren silisium) brytes fra sandholdige miljøer, mens rent silisium kan finnes spredt over hele husholdningen vår.

Når Moores lov slutter: 3 alternativer til silisiumbrikker

Moores lov har diktert tempoet i den teknologiske utviklingen i flere tiår. Men hva skjer når dens fysiske grenser er nådd?

Les Neste

Om forfatteren