Silikon neden mikroçip yapmak için kullanılır?

Bilgisayarların nasıl derin bir düzeyde çalıştığını daha iyi anlama arayışımda, mikroçiplerde tam olarak silikonun neden kullanıldığına dair soruya geldim. Her zaman saf bir şekilde, silikonun çok yüksek bir elektrik direncine sahip olduğunu varsaydım ve bu nedenle düşük elektrik direncine (yani altın) sahip diğer malzemeleri sandviçlemek için iyi bir malzeme yaptım.

Aslında biraz araştırma yaptıktan sonra yanıldığımı ve silikonun bir 'yarı iletken' olduğunu görüyorum. Bunu kısa tutmak için ileri atlayacağım ve sadece yarı iletkenin ne olduğunu ve mikroçip yapmak için neden iyi olduğunu anlamadığımı söyleyeceğim. Birkaç açıklama gördüm ve ya beni karıştırdılar ya da açıklamalar tamamen birbiriyle çelişti, ancak temel öz, bir yarı iletkenin bir iletken ve bir yalıtkan arasında bir yerde olmasıdır. Bu, entegre devreler yapmak için neden yararlıdır?

Birçok yarı iletken malzemeden herhangi biri kullanılabilir ve kullanılabilir, aslında ilk transistör aslında bir Germanyum (Ge) transistörüdür. Si'nin bu kadar baskın olmasının gerçek nedeni 4 ana nedenden kaynaklanmaktadır (ancak # 1 birincil nedendir):

1) Çok yüksek kaliteli bir oksit oluşturur, yüzeyi çok az pim deliği veya boşluk ile kapatır. - Bu, SiO ₂ Kapı için yalıtım katmanını oluşturduğundan MOSFET boşluğunun daha kolay yapılmasını sağlar , - SiO _2'ye çip tasarımcılarının arkadaşı denir.

2) silisyum, çok zor bir nitrür ₃ K ₄ Silikon Nitrit geçirmeyen çok yüksek bir bant aralığı yalıtkan oluşturur. - bu kalıbı pasifleştirmek (mühürlemek) için kullanılır. - bu ayrıca sert maskeler yapmak ve diğer işlem adımlarında kullanılır

3) Si, ~ 1.12 eV çok güzel bir bant aralığına sahiptir, çok yüksek değildir, böylece oda sıcaklığı iyonize olamaz ve yüksek kaçak akıma sahip olacak kadar düşük değildir.

4) çok güzel bir kapı malzemesi oluşturur. VLSI'de kullanılan en modern FET'lere (en son nesillere kadar) MOSFET adı verilmiştir, ancak gerçekte kapı malzemesi olarak Si kullanılmıştır. Kristalize olmayan Si'nin yüzeylere bırakılmasının çok kolay olduğu ve kolayca büyük bir hassasiyetle kazındığı ortaya çıkıyor.

Temelde Si'nin başarısı, ölçeklendirme ve aşırı entegrasyon ile sektörü yönlendiren MOSFET'in başarısıdır. Mosfet'ler diğer malzeme sistemlerinde o kadar kolay üretilmez ve diğer yarı iletkenlerde aynı düzeyde entegrasyon sağlayamazsınız.

GeO ₂ - kısmen çözünür

GaAs - oksit oluşturmaz

CO ₂ - bir gazdır

Yarı iletkenler kullanılır, çünkü seçici kontaminasyon (katkı maddeleri olarak adlandırılır) ile malzemenin özelliklerini kontrol edebilir ve çalışmasını ve çalışma mekanizmalarını uyarlayabilirsiniz.

Bir yarıiletkenin devre oluşturmak için neden iyi olduğunu çizmek için, bir iletken ile yalıtkan arasında olduğunu anlamanızla başlayın ve kirliliklerin (katkı maddeleri) ve diğer işlemlerin (oksit katmanları) parçalarını yapmak için davranışını değiştirebileceği gerçeğini ekleyin. daha iyi davranır ve diğer kısımlar daha kötü davranır. Elektrik yüklerinin birbirini çekmesi veya itmesi gerçeğini ekleyin (karşıtlar, yükleri itmek gibi çeker).

Şimdi, elektronların akabileceği, yakınındaki bir iletken katmandan yalıtılmış, voltajı kontrol ettiğiniz bir kanal hayal edin. Bu katmanı negatif yapın ve elektrik alanı kanaldaki elektronları - izolatörden bile olsa - kanala girmeyi durdurur. Pozitif yapın ve elektronları -ve terminalinden kanala çeker, burada + ve terminaline akabilirler. Böylece akım akışını yalıtımlı katmandaki voltajla kontrol edebilirsiniz.

Bu bir Alan Etkili Transistör veya FET'tir. - yalıtımlı katmana kapı denir; -ve terminali kaynak olarak adlandırılır ve + ve terminali tahliyedir.

Kanaldaki elektronlar akarken N kanallı FET (Negatif N)

Yarı iletken üzerine inşa edebileceğiniz, daha fazla anlayış derinliğine sahip başka cihazlar da var, ancak umarım bu temel prensibi göstermek için yeterlidir.

Neden silikon? Belki de bir düzine olası yarı iletken malzemeden, neredeyse uygun ve güvenilirdir, aynı zamanda kum kadar ucuzdur (çoğunlukla silikon dioksittir)