3 Gründe, warum Silizium der ideale Halbleiter für die Chipherstellung ist

Viele unserer täglichen elektronischen Geräte sind auf die eine oder andere Weise auf Transistoren angewiesen. Transistoren sind elektronische Bauteile, die den Stromfluss durch ein Gerät steuern. Sie fungieren als elektronisch gesteuerte Ein- und Ausschaltschalter und liefern binäre Signale, die Geräte zur Datenverarbeitung verwenden können.

Wie Sie sich vorstellen können, sind Transistoren in fast jedem elektronischen Gerät vorhanden, das Sie täglich verwenden. Transistoren können aus mehreren Rohstoffen hergestellt werden. Hersteller bevorzugen jedoch die Verwendung von Silizium gegenüber jedem anderen Material. Hier sind drei Gründe dafür.

1. Silizium ist günstig

Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erdkruste. Obwohl reines Silizium selten ist, sind Materialien wie Siliziumdioxid (SiO2) am Strand oder in anderen sandigen Umgebungen leicht sichtbar.

Normalerweise können Sie Kieselsäure am Strand als die glänzenden Körner identifizieren, die funkeln, wenn Sie an einem sonnigen Tag mit Sand umgehen.

Der Strand ist jedoch kein guter Ort, um Silizium zu beschaffen. Strandsand enthält viel zu viele Verunreinigungen, als dass das Verhältnis von Kieselsäure und anderen Materialien nicht ideal ist. Die Hersteller würden entweder von Siliziumlieferanten kaufen oder die Materialien an Orten mit hoher Siliziumkonzentration selbst abbauen.

Im Vergleich zu anderen metalloiden Materialien lässt sich Silizium viel einfacher und unkomplizierter reinigen. Da Siliziumdioxid nur aus Silizium und Sauerstoff besteht, müssen Sie nur die Sauerstoffpartikel entfernen und Sie haben reines Silizium.

Der Prozess besteht darin, Kohlenstoff mit der Kieselsäure in einen Ofen einzubringen, der auf 3.632 Grad Fahrenheit (2.000 Grad Celsius) erhitzt ist. Die Energie aus der Hitze würde das Silizium und den Sauerstoff auseinanderbrechen. Basierend auf atomaren Strukturen bindet Sauerstoff eher an Kohlenstoff, wodurch hochkonzentriertes Silizium zurückbleibt.

2. Silizium wird verwendet, um MOSFETs herzustellen, die in der Verarbeitung von Chips verwendet werden

MOSFETs (Metall-Oxid-Silizium-Feldeffekttransistor) sind der ideale Transistortyp, um Prozessoren und Speicher wie CPUs, RAMs, SSDs und Flash-Laufwerke herzustellen. Wie der Name schon sagt, bestehen MOSFETs aus Silizium. Es gibt mehrere Qualitäten von MOSFETS, die sie zu idealen Komponenten für die Herstellung von Verarbeitungschips machen. Dazu gehören:

• Energie-Effizienz. Im Gegensatz zu anderen Transistoren werden MOSFETs durch Spannung und nicht durch Strom gesteuert. Da die Spannung das Gate steuert und nur minimale Strommengen durch den Transistor fließen, wird weniger Energie verbraucht.
• Hochfrequenzschaltung. Die Verwendung von nur minimalem Strom zum Ein- und Ausschalten des MOSFET macht diese Art von Transistoren ideal für Hochfrequenzanwendungen wie beispielsweise auf Prozessoren.
• Geringe elektromagnetische Störungen. Niedrige Ströme verhindern, dass MOSFETs elektromagnetische Interferenzen erzeugen, die andere Komponenten daneben beeinflussen können. Ohne sich Gedanken über elektromagnetische Störungen machen zu müssen, konnten die Ingenieure sie in so dichten Formaten verpacken.
• Natürliche Isolierung. Silizium hat Eigenschaften, die eine natürlich vorkommende Isolierung bewirken. Ein weiterer Grund, warum MOSFETs dicht verpackt werden können, ist ihre natürlich vorkommende Isolierung.
• Tolle Thermik. Hohe Ströme machen Leiter heiß. Da MOSFETs nicht viel Strom verbrauchen, erwärmen sie sich nicht so stark – es sei denn, Sie übertakten sie natürlich.
• Übertaktbar. Der Betrieb bei geringer Hitze bedeutet auch, dass MOSFETs, die als Schalter verwendet werden, im Vergleich zu anderen Transistortypen viel stärker gedrosselt werden können.

MOSFETS sind mit ihren vielen Vorteilen und Anwendungen der Transistor der Wahl bei der Herstellung elektronischer Chipkomponenten, aber warum überhaupt Silizium für die Herstellung von Feldeffekttransistoren verwenden? Warum nicht andere Elemente?

Bei der Herstellung von Transistoren müssen Hersteller ein Element mit halbleitenden Eigenschaften wie Silizium verwenden. Halbleiter sind Halbmetalle, die weder Leiter noch Isolator sind. Sie lassen immer noch Strom durch sie fließen, nur auf sehr ineffiziente Weise.

Reines Silizium ist von Natur aus ein schlechter Leiter. Durch das Hinzufügen von Verunreinigungen wie Bor und Phosphor konnten die Ingenieure jedoch die leitfähigen Eigenschaften von Halbleiter, die es Transistoren ermöglichen, beim Anlegen von Spannung vom Leiter zum Isolator zu schalten, ähnlich wie a Schalter.

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3. Einfacher Herstellungsprozess

Obwohl andere Halbleiter Eigenschaften aufweisen, die zu besseren Feldeffekttransistoren führen können, ist Silizium aufgrund seiner einfachen Herstellung immer noch das bevorzugte Material. Dies bedeutet weniger Komplexität, was sich in weniger Geld für Spezialwerkzeuge und zusätzliche Verarbeitung niederschlägt.

Einer der Hauptgründe, warum Silizium einfacher zu verarbeiten ist, liegt an seinem hohen Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt von Silizium beträgt 2.410 Grad Celsius. Ein Material mit einem hohen Schmelzpunkt ist für die Mikrochip-Herstellung unerlässlich, insbesondere wenn sie Gate-Last. implementieren Fertigung, bei der ein Dummy-Anguss als Platzhalter verwendet wird, um eine Form dort zu machen, wo der eigentliche aktive Anguss sein soll Eingerichtet.

Eine weitere Eigenschaft, die die Herstellung von Silizium erleichtert, ist seine natürlich vorkommende Isoliereigenschaft. Wenn Sauerstoff in die oberen Siliziumschichten eingeführt wird, bilden sie eine Schicht aus Metalloxid-Silizium (Glas). Glas ist auch in dünnen Schichten ein hervorragender Isolator, der den Herstellern eine kostenlose Isolierung ermöglicht, was ihnen eine Menge Kosten und Herstellungszeit spart.

Abgesehen davon, dass die Siliziumproduktion billig ist, ist sie auch viel wichtiger als jede andere Halbleiterproduktion auf dem Markt. Da Silizium leicht verfügbar ist, müssen sich die Hersteller keine Sorgen machen, dass ihnen die Rohstoffe ausgehen, was wiederum Zeit spart und mehr Mikrochips herstellt, was zu mehr Gewinn führt.

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Silizium ist überall

Silizium ist der ultimative Halbleiter, der es unserer Welt ermöglicht hat, erfolgreich zu werden und der technologische Gigant zu sein, der sie heute ist. Sie ist dafür verantwortlich, bestimmte Technologien zu ermöglichen und ist auch der Grund, warum die Mehrheit der Welt in der Lage ist, Technologie zu genießen.

Obwohl Silizium viele Fertigungsvorteile hat, die die Tech-Industrie profitabler machen, profitieren Sie als Verbraucher auch von der Siliziumherstellung. Elektronische Geräte wie Smartphones, Computer, Spielkonsolen, Fernseher, CMOS-Kameras und alle anderen smarten Geräte werden durch die geringen Rohstoffkosten erschwinglich und einfacher Herstellung.

Silizium ist ein so großer Teil unseres Lebens, dass ironischerweise Silizium (unreines Silizium) aus sandigen Umgebungen abgebaut werden muss, während reines Silizium überall in unserem Haushalt verstreut zu finden ist.

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