3 syytä, miksi pii on ihanteellinen puolijohde sirujen valmistukseen

Monet päivittäisistä elektronisista laitteistamme ovat tavalla tai toisella riippuvaisia ​​transistoreista. Transistorit ovat elektronisia komponentteja, joita käytetään ohjaamaan laitteen läpi kulkevaa virtaa. Ne toimivat elektronisesti ohjattuina kytkiminä, jotka kytkeytyvät päälle ja pois päältä ja tarjoavat binäärisignaaleja, joita laitteet voivat käyttää tietojen käsittelyyn.

Kuten voit kuvitella, transistorit ovat läsnä lähes kaikissa elektronisissa laitteissa, joita käytät päivittäin. Transistorit voidaan valmistaa useista raaka-aineista. Valmistajat käyttävät kuitenkin piitä mieluummin kuin muita materiaaleja. Tässä on kolme syytä.

1. Pii on edullinen

Pii on toiseksi yleisin alkuaine maankuoressa hapen jälkeen. Vaikka puhdas pii on harvinaista, materiaaleja, kuten piidioksidia (SiO2), on helposti saatavilla selkeästi rannalla tai muissa hiekkaisissa ympäristöissä.

Voit yleensä tunnistaa piidioksidin rannalla kiiltäviksi rakeiksi, jotka kimaltelevat, kun käsittelet hiekkaa aurinkoisena päivänä.

Ranta ei kuitenkaan ole hyvä paikka piin hankkimiselle. Rantahiekassa on niin paljon epäpuhtauksia, että piidioksidin ja muiden materiaalien suhde ei ole ihanteellinen. Valmistajat joko ostaisivat piin toimittajilta tai louhisivat materiaalit itse paikoista, joissa piidioksidipitoisuudet ovat tiheitä.

Muihin metalloidimateriaaleihin verrattuna piillä on paljon helpompi ja yksinkertaisempi tapa puhdistaa. Koska piidioksidi on vain piitä ja happea yhdistettynä, sinun tarvitsee vain poistaa happihiukkaset, ja jäljelle jää puhdasta piitä.

Prosessi on lisätä hiiltä piidioksidin kanssa uunissa, joka on kuumennettu 3 632 Fahrenheit-asteeseen (2 000 celsiusastetta). Lämmön energia hajottaa piin ja hapen. Atomirakenteiden perusteella happi sitoutuu todennäköisemmin hiileen jättäen prosessiin erittäin väkevää piitä.

2. Piitä käytetään sirujen käsittelyssä käytettyjen MOSFETien valmistukseen

MOSFETit (metallioksidi-pii-kenttäefektitransistori) ovat ihanteellinen transistorityyppi prosessorien ja muistien, kuten suorittimien, RAM-muistien, SSD-levyjen ja flash-asemien valmistukseen. Kuten nimestä voi päätellä, MOSFETit on valmistettu piistä. MOSFETSeissa on useita ominaisuuksia, jotka tekevät niistä ihanteellisia komponentteja käsittelysirujen valmistukseen. Näitä olisivat:

• Tehotehokkuus. Toisin kuin muut transistorit, MOSFETS: ia ohjataan jännitteellä eikä virralla. Kun jännite ohjaa hilaa ja vain pieni määrä virtaa kulkee transistorin läpi, energiaa kuluu vähemmän.
• Korkean taajuuden vaihto. Vain minimaalisen virran käyttäminen MOSFETin kytkemiseen päälle ja pois päältä tekee tämäntyyppisistä transistoreista ihanteellisia korkeataajuisiin sovelluksiin, kuten prosessoreihin.
• Matala sähkömagneettinen häiriö. Pienet virrat estävät MOSFETS-laitteita tuottamasta sähkömagneettisia häiriöitä, jotka voivat vaikuttaa muihin sen vieressä oleviin komponentteihin. Huolimatta sähkömagneettisista häiriöistä, insinöörit pystyivät pakata ne niin tiheään muotoon.
• Luonnollinen eristys. Piillä on ominaisuuksia, jotka tekevät luonnossa esiintyvän eristyksen. Toinen syy, miksi MOSFETS voidaan pakata tiiviisti, on sen luonnollisesti esiintyvä eristys.
• Hienoja lämpökuvia. Suuret virrat kuumentavat johtimia. Koska MOSFETit eivät käytä paljon virtaa, ne eivät lämpene yhtä paljon – ellet tietysti ylikellota niitä.
• Ylikellotettava. Matalalla lämmöllä ajaminen tarkoittaa myös sitä, että kytkiminä käytettäviä MOSFETSeja voidaan kuristaa paljon enemmän muihin transistoreihin verrattuna.

MOSFETSit ovat monien etujensa ja sovelluksiensa ansiosta paras transistori elektronisten sirukomponenttien valmistuksessa, mutta miksi käyttää piitä kenttätransistoreiden valmistukseen? Miksei muitakin elementtejä?

Transistoreja valmistettaessa valmistajien on käytettävä elementtiä, jolla on puolijohtavia ominaisuuksia, kuten piitä. Puolijohteet ovat metalloideja, jotka eivät ole johtimia eivätkä eristeitä. Ne antavat edelleen virran kulkea niiden läpi, vain erittäin tehottomalla tavalla.

Puhdas pii on luonnollisesti huono johdin. Kuitenkin lisäämällä epäpuhtauksia, kuten booria ja fosforia, insinöörit pystyivät muuttamaan johtavia ominaisuuksia. puolijohteet, joiden avulla transistorit voivat vaihtaa johtimesta eristimeen, kun jännite syötetään, aivan kuten vaihtaa.

Aiheeseen liittyvä: Mikä tekee Applen iPhone-siruista niin erikoisia?

3. Helppo valmistusprosessi

Vaikka muilla puolijohteilla on ominaisuuksia, jotka voivat tehdä parempia kenttätransistoreja, pii on edelleen suositeltavin materiaali, koska se on helppo valmistaa. Tämä tarkoittaa vähemmän monimutkaisuutta, mikä tarkoittaa, että erikoistyökaluihin ja ylimääräiseen käsittelyyn kuluu vähemmän rahaa.

Yksi tärkeimmistä syistä, miksi piitä on helpompi käsitellä, johtuu sen korkeasta sulamispisteestä. Piin sulamispiste on 2 570 Fahrenheit-astetta (1 410 celsiusastetta). Materiaali, jolla on korkea sulamispiste, on välttämätön mikrosirun valmistuksessa, varsinkin jos ne toteuttavat gate-last valmistus, joka esittelee valeportin, jota käytetään paikkamerkkinä muotin tekemiseen, jossa varsinainen aktiivinen portti tulee olla asennettu.

Toinen ominaisuus, joka tekee piistä helpompi valmistaa, on sen luonnossa esiintyvä eristävä ominaisuus. Kun happea johdetaan ylimpiin piikerroksiin, ne muodostavat metallioksidi-piikerroksen (lasi). Lasi on erinomainen eriste myös ohuissa kerroksissa, jolloin valmistajat voivat saada ilmaista eristystä, mikä säästää tonnin kustannuksia ja valmistusaikaa.

Sen lisäksi, että piin tuotanto on halpaa, se on myös paljon merkittävämpää kuin mikään muu puolijohdetuotanto markkinoilla. Koska pii on helposti saatavilla, valmistajien ei tarvitse huolehtia raaka-aineiden loppumisesta työskentelyyn, mikä taas säästää aikaa ja valmistaa enemmän mikrosiruja, mikä merkitsee enemmän voittoa.

Aiheeseen liittyvä: Mikä on järjestelmä sirulla (SoC)?

Pii on kaikkialla

Pii on äärimmäinen puolijohde, jonka ansiosta maailmamme vaurastuu ja se on nykypäivän teknologinen huima. Se on vastuussa tietyn teknologian mahdollistamisesta ja on myös syy siihen, miksi suurin osa maailmasta voi nauttia tekniikasta.

Vaikka piillä on monia valmistusetuja, jotka tekevät teknologiateollisuudesta kannattavampaa, myös sinä, kuluttaja, hyödyt piin valmistuksesta. Elektroniikkalaitteet, kuten älypuhelimet, tietokoneet, pelikonsolit, televisiot, CMOS-kamerat ja kaikki muut älylaitteet on tehty edullisiksi raaka-ainekustannusten ja helpommin valmistus.

Pii on niin suuri osa elämäämme, että ironista kyllä, piidioksidia (epäpuhdasta piitä) on louhittava hiekkaisista ympäristöistä, kun taas puhdasta piitä löytyy hajallaan kaikkialta kotitaloudestamme.

Kun Mooren laki päättyy: 3 vaihtoehtoa piisiruille

Mooren laki on ohjannut teknologian kehitystä vuosikymmeniä. Mutta mitä tapahtuu, kun sen fyysiset rajat saavutetaan?

Lue Seuraava

Kirjailijasta