Хотя мы часто слышим, что на смену кремнию в транзисторах придут новые материалы, например, графен или графин, он все еще остается самым популярным полупроводником. Что делает его столь незаменимым?
В подавляющем большинстве современных девайсов от смартфонов до ПК используются транзисторы, которые управляют током, проходящим через устройство. По сути это переключатели с электронным управлением, которые создают двоичный сигнал, используемый для обработки цифровых данных.
Для изготовления транзисторов можно применять разные материалы, но самым популярным является кремний, и для этого есть причины.
1. Кремний легко добывать
Кремний – один из самых распространенных элементов в земной коре. Он редко встречается в чистом виде, зато в соединении с кислородом образует кремнезем или оксид кремния (SiO₂), который можно обнаружить в любом месте, где есть песок, например на пляже.
Конечно, в обычном песке слишком много примесей, но на Земле достаточно мест, где концентрация кремнезема высока. Потому добыча его не составляет труда и не требует больших затрат в сравнении, например, с редкоземельными металлами.
Чтобы получить из кремнезема кремний, нужно отделить его молекулы от молекул кислорода, для чего требуется всего лишь нагреть его до 2000 ℃. В процессе нагревания кислород связывается с углеродом и на выходе получается чистый кремний.
Простота добычи и обработки позволяет производителям техники сократить расходы и заметно влияет на конечную стоимость электроники.
2. Кремний упрощает производство микрочипов
Чистый кремний обладает высокой температурой плавления 1410 ℃, что важно в производстве микрочипов. Дело в том, что в них применяются затворы, которые устанавливаются позднее на уже готовую заготовку.
Чтобы создать в кремниевой пластине форму для настоящего затвора, используется фиктивный затвор, который вставляется в почти готовую пластину в последнюю очередь.
Высокая температура плавления кремния делает этот процесс более простым, так как можно установить фиктивный затвор буквально в последние секунды производства чипа.
Кроме того, кремний обладает природными изолирующими свойствами. Если ввести в верхний слой кремния кислород, то образуется тонкий слой стекла, которое является изолятором. Все это опять же приводит к меньшим затратам на производство и дополнительную обработку чипов.
3. Кремний идеален для МОП-транзисторов
Одним из самых популярных видов «переключателей» являются МОП-транзисторы (металл-оксид-кремниевые полевые транзисторы). Они используются для изготовления процессоров, ЦП, ОЗУ, твердотельных и флеш-накопителей.
Эти транзисторы обладают несколькими ценными качествами:
- энергоэффективность,
- высокочастотное переключение,
- небольшое количество электромагнитных помех,
- естественная изоляция,
- низкий уровень нагрева.
За эти свойства МОП-транзисторов отвечает именно кремний, который используется при их производстве.
Так что, хотя идут разговоры об отмене закона Мура и переходе на новые материалы для транзисторов, пока кремний остается незаменимым.
Поделиться
