Чому кремній використовується для виготовлення мікрочіпів?

Під час мого прагнення краще зрозуміти, як працюють комп’ютери на глибокому рівні, я прийшов до питання, чому саме в кремчиках використовується кремній. Я завжди наївно припускав, що кремній має дуже високий електричний опір, і тому він робить хорошим матеріалом сендвіч іншими матеріалами з низьким електричним опором (тобто золотом).

Після фактичного проведення деяких досліджень я бачу, що я помилявся і що кремній є «напівпровідником». Щоб тримати це коротко, я просто пропускаю вперед і просто кажу, що не розумію, що таке напівпровідник і чому це добре робити мікрочіпи. Я бачив кілька пояснень, і вони або мене збентежили, або пояснення повністю суперечили одне одному, але основна суть полягає в тому, що напівпровідник десь посеред провідника і ізолятора. Чому це корисно для створення інтегральних мікросхем?

Будь-який з ряду напівпровідникових матеріалів може бути і використовується, справді перший транзистор був насправді транзистором германію (Ge). справжня причина, чому Si є таким домінуючим, зводиться до 4 основних причин (але №1 є основною причиною):

1) Він утворює дуже високу якість оксиду, ущільнює поверхню дуже мало отворів або щілин. - це дозволяє легше зробити зазор MOSFET, оскільки SiO ₂ утворює ізоляційний шар для воріт, - SiO ₂ назвали другом дизайнерів мікросхем.

2) Він утворює дуже жорсткий нітрид, Si ₃ N ₄ Нітрид кремнію утворює дуже високий ізолятор, який непроникний. - це використовується для пасивування (ущільнення) плашки. - це також використовувалося для виготовлення жорстких масок та інших кроків процесу

3) У Si дуже приємний пробіг ~ 1,12 еВ, не надто високий, щоб кімнатна температура не міг його іонізувати, і не настільки низький, що має високий струм витоку.

4) він утворює дуже приємний матеріал воріт. Більшість сучасних БНТ, що використовуються в VLSI (до останніх поколінь), називаються MOSFET, але насправді вони використовували Si в якості матеріалу для створення воріт. Виявляється, нанести некристалічний Si на поверхні дуже просто і він легко травиться з великою точністю.

В основному успіх Si - це успіх MOSFET, який завдяки масштабуванню та надзвичайній інтеграції керував галуззю. Мосфети не так легко виготовляються в інших матеріальних системах, і ви не можете керувати тим же рівнем інтеграції в інших напіввиробниках.

GeO ₂ - частково розчинний

GaAs - не утворює оксиду

CO ₂ - це газ

Напівпровідники використовуються, оскільки за допомогою селективного забруднення (звані дофантами) ви можете контролювати властивості матеріалу та пристосовувати його експлуатаційні та експлуатаційні механізми.

Щоб замалювати, чому напівпровідник корисний для створення ланцюгів, почніть з розуміння того, що він знаходиться між провідником та ізолятором, і додайте той факт, що домішки (допанти) та інша обробка (оксидні шари) можуть змінити його поведінку, щоб скласти частини воно ведеться краще, а інші частини - гірше. Додайте до того, що електричні заряди притягують один одного або відштовхують (протилежності притягують, як заряди відштовхуються).

Тепер уявіть собі канал, по якому можуть протікати електрони, ізольовані від провідного шару поблизу, яким ви керуєте напругою. Зробіть цей шар негативним, і його електричне поле відштовхує електрони в каналі - навіть через ізолятор - зупиняючи їх надходження в канал. Зробіть це позитивним, і він залучає електрони в канал від -ve терміналу, де вони можуть протікати через нього до + ve-терміналу. Так ви можете контролювати потік струму за допомогою напруги на ізольованому шарі.

Це польовий транзистор або FET. - утеплений шар називається воротами; термінал -ve називається джерелом, а термінал + ve - дренажем.

Оскільки в каналі протікають електрони, він називається N-канальним FET (N для негативного)

Є й інші пристрої, які можна побудувати на напівпровіднику, з більшою глибиною розуміння, але, сподіваємось, цього достатньо, щоб показати основний принцип.

Щодо кремнію? З десятків можливих напівпровідникових матеріалів, це особливо зручно і надійно, а також є майже таким же дешевим, як пісок (який переважно є діоксидом кремнію)