Warum wird Silizium zur Herstellung von Mikrochips verwendet?

Auf meiner Suche nach einem besseren Verständnis der Funktionsweise von Computern bin ich auf die Frage gekommen, warum genau Silizium in Mikrochips verwendet wird. Ich bin naiv immer davon ausgegangen, dass Silizium einen sehr hohen elektrischen Widerstand hat und daher ein gutes Material ist, um andere Materialien mit geringem elektrischen Widerstand (z. B. Gold) einzuschließen. Auf diese Weise wurden Mikrochips hergestellt.

Nach einigen Recherchen stelle ich fest, dass ich falsch lag und dass Silizium ein „Halbleiter“ ist. Um es kurz zu machen, überspringe ich nur und sage, dass ich nicht verstehe, was ein Halbleiter ist und warum er für die Herstellung von Mikrochips gut ist. Ich habe mehrere Erklärungen gesehen und sie haben mich entweder verwirrt oder die Erklärungen haben sich völlig widersprochen, aber das Wesentliche ist, dass sich ein Halbleiter irgendwo zwischen einem Leiter und einem Isolator befindet. Warum ist das nützlich für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen?

Beliebige Halbleitermaterialien können verwendet werden und werden verwendet, tatsächlich war der erste Transistor ein Germanium (Ge) -Transistor. Der wahre Grund, warum Si so dominant ist, sind vier Hauptgründe (aber der erste ist der Hauptgrund):

1) Es bildet ein Oxid von sehr hoher Qualität, das die Oberfläche mit sehr wenigen kleinen Löchern oder Spalten versiegelt. - Dies ermöglicht eine einfachere Herstellung von Gap-MOSFETs, da das SiO ₂ die Isolierschicht für das Gate bildet. - SiO ₂ wurde als Freund der Chipdesigner bezeichnet.

2) Es bildet sich ein sehr zähes Nitrid, Si ₃ N ₄ -Siliciumnitrid bildet einen Isolator mit sehr großer Bandlücke, der undurchlässig ist. - Hiermit wird die Matrize passiviert (versiegelt). - Dies dient auch zum Herstellen von harten Masken und in anderen Prozessschritten

3) Si hat eine sehr gute Bandlücke von ~ 1,12 eV, nicht zu hoch, damit Raumtemperatur es nicht ionisieren kann, und nicht so niedrig, dass es einen zu hohen Leckstrom hat.

4) es bildet ein sehr schönes Tor Material. Die meisten modernen FETs, die in VLSI verwendet wurden (bis zu den neuesten Generationen), wurden als MOSFET bezeichnet, tatsächlich wurde jedoch Si als Gatematerial verwendet. Es zeigt sich, dass es sehr leicht ist, nichtkristallines Si auf Oberflächen abzuscheiden, und dass es leicht mit großer Präzision geätzt werden kann.

Grundsätzlich ist der Erfolg von Si der Erfolg von MOSFET, der mit Skalierung und extremer Integration die Branche vorangetrieben hat. Mosfets lassen sich nicht so einfach in anderen Materialsystemen herstellen, und Sie können nicht denselben Integrationsgrad in andere Halbleiterbauelemente erzielen.

GeO ₂ - ist teilweise löslich

GaAs - bildet kein Oxid

CO ₂ - ist ein Gas

Halbleiter werden verwendet, weil Sie mit selektiver Kontamination (so genannten Dotierstoffen) die Eigenschaften des Materials steuern und dessen Betrieb und Betriebsmechanismen anpassen können.

Um zu skizzieren, warum ein Halbleiter gut zum Erstellen von Schaltkreisen geeignet ist, beginnen Sie mit dem Verständnis, dass er sich zwischen einem Leiter und einem Isolator befindet, und fügen Sie die Tatsache hinzu, dass Verunreinigungen (Dotierstoffe) und andere Bearbeitungen (Oxidschichten) sein Verhalten ändern können, um Teile daraus zu machen es verhält sich besser und andere Teile verhalten sich schlechter. Addiere in der Tatsache, dass sich elektrische Ladungen gegenseitig anziehen oder abstoßen (Gegensätze ziehen sich an, wie Ladungen sich abstoßen).

Stellen Sie sich nun einen Kanal vor, in dem Elektronen fließen können, der von einer leitenden Schicht in der Nähe isoliert ist und an dem Sie die Spannung regeln. Wenn Sie diese Schicht negativ machen, stößt ihr elektrisches Feld die Elektronen im Kanal ab - sogar durch den Isolator - und verhindert, dass sie in den Kanal gelangen. Machen Sie es positiv und es zieht Elektronen vom -ve-Anschluss in den Kanal, wo sie durch ihn zum + ve-Anschluss fließen können. So können Sie den Stromfluss mit der Spannung auf der isolierten Schicht steuern.

Dies ist ein Feldeffekttransistor oder FET. - die isolierte Schicht heißt Gate; Der -ve-Anschluss wird als Source und der + ve-Anschluss als Drain bezeichnet.

Wenn Elektronen im Kanal fließen, spricht man von einem N-Kanal-FET (N für Negativ).

Es gibt andere Geräte, die Sie auf einen Halbleiter aufbauen können, mit mehr Verständnis, aber hoffentlich reicht dies aus, um das Grundprinzip zu demonstrieren.

Warum Silizium? Von vielleicht einem Dutzend möglichen Halbleitermaterialien ist es besonders praktisch und zuverlässig sowie fast so billig wie Sand (bei dem es sich hauptsächlich um Siliziumdioxid handelt).