Perché il silicio viene utilizzato per produrre microchip?

Nella mia ricerca per capire meglio come funzionano i computer a un livello profondo, sono arrivato alla domanda sul perché, esattamente, il silicio viene utilizzato nei microchip. Ho sempre supposto, ingenuamente, che il silicio avesse un'altissima resistenza elettrica e quindi costituisse un buon materiale per inserire altri materiali con bassa resistenza elettrica (cioè l'oro). E che così venivano fabbricati i microchip.

Dopo aver effettivamente fatto qualche ricerca, vedo che mi sbagliavo e che il silicio è un "semiconduttore". Per farla breve, salterò avanti e dirò solo che non capisco cosa sia un semiconduttore e perché sia ​​buono per produrre microchip. Ho visto diverse spiegazioni e mi hanno confuso, oppure le spiegazioni si sono completamente contraddette, ma l'essenza di base è che un semiconduttore si trova da qualche parte tra un conduttore e un isolante. Perché è utile per realizzare circuiti integrati?

È possibile utilizzare e utilizzare uno qualsiasi dei vari materiali semiconduttori, infatti il ​​primo transistor era in realtà un transistor al germanio (Ge). il vero motivo per cui Si è così dominante da 4 motivi principali (ma il numero 1 è il motivo principale):

1) Forma un ossido di altissima qualità, sigilla la superficie con pochissimi fori o lacune. - ciò consente di realizzare più facilmente MOSFET a gap come SiO ₂ costituisce lo strato isolante per Gate, - SiO ₂ è stato chiamato amico dei progettisti di chip.

2) Forma un nitruro molto resistente, Si ₃ N ₄ nitruro di silicio forma un isolante a banda molto elevata che è impermeabile. - questo è usato per passivare (sigillare) il dado. - utilizzato anche per realizzare maschere rigide e in altre fasi del processo

3) Si ha un intervallo di banda molto bello di ~ 1,12 eV, non troppo alto in modo che la temperatura ambiente non possa ionizzarlo, e non così basso da presentare una corrente di dispersione elevata.

4) forma un materiale cancello molto bello. I più moderni FET utilizzati in VLSI (fino alle ultime generazioni) sono stati chiamati MOSFET, ma in realtà hanno usato Si come materiale di gate. Si scopre che è molto facile depositare Si non cristallino su superfici ed è facilmente inciso con grande precisione.

Fondamentalmente il successo di Si è il successo di MOSFET, che con ridimensionamento ed estrema integrazione ha guidato l'industria. I mosfet non sono così facilmente fabbricati in altri sistemi di materiali e non è possibile guidare lo stesso livello di integrazione in altri semiconduttori.

GeO ₂ - è parzialmente solubile

GaAs - non forma un ossido

CO ₂ - è un gas

I semiconduttori vengono utilizzati perché con la contaminazione selettiva (chiamati droganti) è possibile controllare le proprietà del materiale e personalizzare il funzionamento e i meccanismi operativi.

Per delineare il motivo per cui un semiconduttore è buono per la creazione di circuiti, inizia con la tua comprensione che si trova tra un conduttore e un isolante e aggiungi il fatto che le impurità (droganti) e altri processi (strati di ossido) possono modificare il suo comportamento per rendere parti di conduce meglio e altre parti peggiorano. Aggiungi il fatto che le cariche elettriche si attraggono o si respingono a vicenda (gli opposti si attraggono, come le cariche si respingono).

Ora immagina un canale in cui gli elettroni possano fluire, isolato da uno strato conduttore nelle vicinanze, sul quale controlli la tensione. Rendi quello strato negativo e il suo campo elettrico respinge gli elettroni nel canale - anche attraverso l'isolante - impedendoli di entrare nel canale. Rendilo positivo e attira elettroni nel canale dal terminale -ve, dove possono fluire attraverso di esso al terminale + ve. Quindi puoi controllare il flusso di corrente con la tensione sullo strato isolato.

Questo è un transistor ad effetto di campo o FET. - lo strato isolato è chiamato cancello; il terminale -ve è chiamato sorgente e il terminale + ve è il drain.

Quando gli elettroni fluiscono nel canale, viene chiamato FET del canale N (N per negativo)

Ci sono altri dispositivi che puoi costruire su un semiconduttore, con maggiore profondità di comprensione, ma speriamo che questo sia sufficiente per mostrare il principio di base.

Quanto al perché silicio? Di forse una dozzina di possibili materiali semiconduttori, è particolarmente conveniente e affidabile, oltre ad essere quasi economico come la sabbia (che è principalmente biossido di silicio)