3 motive pentru care siliciul este semiconductorul ideal pentru fabricarea de cipuri

Multe dintre dispozitivele noastre electronice zilnice se bazează pe tranzistori într-un fel sau altul. Tranzistoarele sunt componente electronice utilizate pentru a controla fluxul de curent care trece printr-un dispozitiv. Acestea acționează ca întrerupătoare controlate electronic, care se pornesc și se opresc, furnizând semnale binare pe care dispozitivele le pot folosi pentru a procesa datele.

După cum vă puteți imagina, tranzistorii sunt prezenți în aproape fiecare dispozitiv electronic pe care îl utilizați zilnic. Tranzistoarele pot fi fabricate pe baza mai multor materii prime. Cu toate acestea, producătorii preferă să folosească siliciu peste orice alt material. Iată trei motive pentru care.

1. Siliciul este ieftin

Siliciul este al doilea element cel mai abundent de pe scoarța terestră, după oxigen. Deși siliciul pur este rar, materiale precum siliciul (SiO2) sunt ușor disponibile la vedere la plajă sau în alte medii nisipoase.

De obicei, ai putea identifica siliciul de pe plajă drept boabele strălucitoare care strălucesc atunci când manipulezi nisipul într-o zi însorită.

Plaja, însă, nu este un loc bun pentru a obține siliciu. Nisipul de plajă are mult prea multe impurități încât raportul dintre silice și alte materiale nu este ideal. Producătorii fie ar cumpăra de la furnizorii de siliciu, fie ar extrage ei înșiși materialele în locuri în care concentrațiile de siliciu sunt dense.

În comparație cu alte materiale metaloide, siliciul are o modalitate mult mai ușoară și simplă de purificare. Deoarece siliciul este doar siliciu și oxigen combinat, tot ce trebuie să faceți este să eliminați particulele de oxigen și rămâneți cu siliciu pur.

Procesul este de a introduce carbon cu silice într-un cuptor încălzit până la 3.632 de grade Fahrenheit (2.000 de grade Celsius). Energia de la căldură ar sparge siliciul și oxigenul. Pe baza structurilor atomice, oxigenul este mai probabil să se lege de carbon, lăsând siliciu foarte concentrat în proces.

2. Siliciul este folosit pentru a face MOSFET-uri utilizate în procesarea cipurilor

MOSFET-urile (metal-oxide-silicon field-effect-tranzistor) sunt tipul ideal de tranzistor pentru a face procesoare și memorie, cum ar fi procesoare, RAM-uri, SSD-uri și unități flash. După cum sugerează și numele, MOSFET-urile sunt fabricate din siliciu. Există mai multe calități ale MOSFET-urilor care le fac componentele ideale pentru a face cipuri de procesare. Acestea ar include:

• Eficiență energetică. Spre deosebire de alte tranzistoare, MOSFET-urile sunt controlate de tensiune și nu de curent. Cu tensiunea care controlează poarta și doar cantități minime de curent care trece prin tranzistor, se consumă mai puțină energie.
• Comutare de înaltă frecvență. Folosind doar un curent minim pentru pornirea și oprirea MOSFET-ului, aceste tipuri de tranzistoare sunt ideale pentru aplicații de înaltă frecvență, cum ar fi procesoarele.
• Interferență electromagnetică scăzută. Curenții scăzuti împiedică MOSFET-urile să producă interferențe electromagnetice care pot afecta alte componente de lângă el. Fără să-și facă griji cu privire la interferența electromagnetică, inginerii au reușit să le împacheteze în formate atât de dense.
• Izolație naturală. Siliciul are proprietăți care fac izolație naturală. Un alt motiv pentru care MOSFET-urile pot fi ambalate dens este prin izolația naturală.
• Termale grozave. Curenții mari fac conductorii fierbinți. Deoarece MOSFET-urile nu folosesc mult curent, ele nu se încălzesc atât de mult – cu excepția cazului în care le faceți overclock, desigur.
• Overclockabil. Funcționarea cu căldură scăzută înseamnă, de asemenea, că MOSFET-urile utilizate ca comutatoare pot fi reduse mult mai mult în comparație cu alte tipuri de tranzistoare.

Cu numeroasele sale avantaje și aplicații, MOSFET-urile sunt tranzistorul de alegere atunci când se produc componente electronice cu cip, dar de ce să folosiți siliciu pentru a face tranzistori cu efect de câmp în primul rând? De ce nu alte elemente?

Atunci când produc tranzistori, producătorii trebuie să folosească un element cu proprietăți semiconductoare, cum ar fi siliciul. Semiconductorii sunt metaloizi care nu sunt nici conductori, nici izolatori. Ele încă permit curentului să curgă prin ele, doar într-un mod foarte ineficient.

Siliciul pur este în mod natural un conductor prost. Cu toate acestea, prin adăugarea de impurități precum bor și fosfor, inginerii au reușit să modifice proprietățile conductoare ale semiconductori, permițând tranzistorilor să treacă de la conductor la izolator atunci când este introdusă tensiune, la fel ca a intrerupator.

Legate de: Ce face chipurile iPhone de la Apple atât de speciale?

3. Proces de fabricație ușor

Deși alți semiconductori au proprietăți care pot produce tranzistori cu efect de câmp mai buni, siliciul este încă materialul preferat datorită ușurinței sale de fabricare. Acest lucru înseamnă mai puțină complexitate, ceea ce se traduce prin mai puțini bani cheltuiți pe scule de specialitate și procesare suplimentară.

Unul dintre principalele motive pentru care siliciul este mai ușor de lucrat se datorează punctului său de topire ridicat. Punctul de topire al siliciului este de 2.570 grade Fahrenheit (1.410 grade Celsius). Un material cu un punct de topire ridicat este esențial pentru fabricarea microcipurilor, mai ales dacă implementează gate-last producție, care introduce o poartă falsă folosită ca substituent pentru a realiza o matriță în care urmează să fie poarta activă reală instalat.

O altă proprietate care face ca siliciul să fie mai ușor de fabricat este proprietatea sa izolatoare naturală. Când oxigenul este introdus în straturile superioare de siliciu, acestea formează un strat de metal-oxid-siliciu (sticlă). Sticla este un izolator excelent chiar și în straturi subțiri, permițând producătorilor să aibă izolație gratuită, economisindu-le o tonă de costuri și timp de fabricație.

Pe lângă faptul că este ieftină, producția de siliciu este, de asemenea, mult mai semnificativă decât orice altă producție de semiconductori de pe piață. Având siliciul ușor disponibil, producătorii nu trebuie să-și facă griji că rămân fără materii prime cu care să lucreze, economisind din nou timp și producând mai multe microcipuri, ceea ce se traduce printr-un profit mai mare.

Legate de: Ce este un sistem pe un cip (SoC)?

Siliciul este peste tot

Siliciul este semiconductorul suprem care a permis lumii noastre să devină prosperă și să fie gigantul tehnologic care este astăzi. Este responsabil pentru a face posibilă anumite tehnologii și este, de asemenea, motivul pentru care majoritatea lumii se poate bucura de tehnologie.

Deși siliciul are multe avantaje de producție care fac industria tehnologică mai profitabilă, tu, consumatorul, beneficiezi și de producția de siliciu. Dispozitive electronice, cum ar fi smartphone-uri, computere, console de jocuri, televizoare, camere CMOS și toate celelalte dispozitive inteligente sunt făcute accesibile datorită costului scăzut al materiilor prime și mai ușor de fabricație.

Siliciul este o parte atât de mare a vieții noastre încât, în mod ironic, siliciul (siliciul impur) trebuie extras din medii nisipoase, în timp ce siliciul pur poate fi găsit împrăștiat în toată gospodăria noastră.

Când se termină legea lui Moore: 3 alternative la chipurile de siliciu

Legea lui Moore a dictat ritmul dezvoltării tehnologice de zeci de ani. Dar ce se întâmplă când limitele sale fizice sunt atinse?

Citiți în continuare

Despre autor