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硅是什么?为什么要用硅做芯片?

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硅是什么?为什么要用硅做芯片?

分类:
行业新闻
来源:
2019/07/16 17:26

  那么,硅到底有什么不同呢?

  硅的最重要的特点是什么?很简单,硅非常非常多!在地壳上,硅是仅次于氧第二丰富的元素,但是你基本上无法在自然界找到硅单质,其最常见的化合物是二氧化硅和硅酸盐。而其中二氧化硅又是沙子的主要成分之一。此外,长石、花岗石、石英等化合物都是基于硅-氧化合物。

  硅化合物具有多种有用的性质,其中很主要的一点是它们可以和其它原子进行非常紧密的结合,结构也非常复杂。多种硅酸盐(如硅酸钙)是水泥的主要成分。一些含有丰富硅酸盐的材料可以在高温下硬化成为陶瓷或者用来制成玻璃。硅也可以用作其它材料的添加剂,如铸铁,可以使得制成的铁更有韧性而不易碎裂。

  硅作为计算机芯片

  当需要选择一种材料作为计算机中晶体管的基本材料时,我们需要考虑的关键词是电阻。导体的电阻非常低,可以很容易导电;而绝缘体的电阻很高,不能导电。对于晶体管而言,必须要能够根据需要对晶体管的开关进行控制,我们就需要半导体。半导体的电阻介于导体和绝缘体之间,也就是说其在不同条件下会表现出不同的性质。

  当然,硅并不是地球上唯一的半导体元素,甚至算不上是最好的。但很重要的一点是硅是一种非常丰富的元素。在地球上的每一个地方硅都可以很轻松地获得,并不需要特定的矿厂。而且经过了几十年技术的发展,硅的处理工艺已经发展成熟,人类已经可以可以在工厂中生产近乎完美的硅晶体。这些硅晶体相对于硅就等于是砖石相对于碳。

  所以硅就当之无愧地成为了现代计算机芯片的基础。工厂生产好的硅晶体再经过切片处理变成晶圆,然后在经过蚀刻等等多项工艺流程最终制成我们可以使用的芯片。事实上也可以使用碳和锗等材料来生产晶圆,但是在大规模生产中得到所需要的大晶体结构,硅还是稳坐头把交椅。那么,硅到底有什么不同呢?

  硅的最重要的特点是什么?很简单,硅非常非常多!在地壳上,硅是仅次于氧第二丰富的元素,但是你基本上无法在自然界找到硅单质,其最常见的化合物是二氧化硅和硅酸盐。而其中二氧化硅又是沙子的主要成分之一。此外,长石、花岗石、石英等化合物都是基于硅-氧化合物。

  硅化合物具有多种有用的性质,其中很主要的一点是它们可以和其它原子进行非常紧密的结合,结构也非常复杂。多种硅酸盐(如硅酸钙)是水泥的主要成分。一些含有丰富硅酸盐的材料可以在高温下硬化成为陶瓷或者用来制成玻璃。硅也可以用作其它材料的添加剂,如铸铁,可以使得制成的铁更有韧性而不易碎裂。

  纯净的硅晶体,也称铸块

  目前,硅晶体铸块主要的生产尺寸是300毫米直径圆柱体,实验室研究则快要达到450毫米。这将使得晶圆制造的成本继续下降,从而继续提升计算速度。但是现在也有一些发展趋势将放弃使用硅而使用其它材料,这对计算机速度的提升来说当然是好事。

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