3 motivi per cui il silicio è il semiconduttore ideale per la produzione di chip

Molti dei nostri dispositivi elettronici quotidiani si affidano ai transistor in un modo o nell'altro. I transistor sono componenti elettronici utilizzati per controllare il flusso di corrente che passa attraverso un dispositivo. Agiscono come interruttori controllati elettronicamente che si accendono e si spengono, fornendo segnali binari che i dispositivi possono utilizzare per elaborare i dati.

Come puoi immaginare, i transistor sono presenti in quasi tutti i dispositivi elettronici che utilizzi quotidianamente. I transistor possono essere realizzati sulla base di diverse materie prime. Tuttavia, i produttori preferiscono utilizzare il silicio rispetto a qualsiasi altro materiale. Ecco tre motivi per cui.

1. Il silicio è economico

Il silicio è il secondo elemento più abbondante sulla crosta terrestre dopo l'ossigeno. Sebbene il silicio puro sia raro, materiali come la silice (SiO2) sono facilmente disponibili in bella vista sulla spiaggia o in altri ambienti sabbiosi.

Di solito potresti identificare la silice sulla spiaggia come i grani lucenti che brillano quando maneggi la sabbia in una giornata di sole.

La spiaggia, tuttavia, non è un buon posto per procurarsi il silicio. La sabbia della spiaggia ha troppe impurità che il rapporto tra silice e altri materiali non è l'ideale. I produttori acquisterebbero dai fornitori di silicio o estraerebbero i materiali stessi in luoghi in cui le concentrazioni di silice sono dense.

Rispetto ad altri materiali metalloidi, il silicio ha un modo di purificazione molto più semplice e diretto. Poiché la silice è solo silicio e ossigeno combinati, tutto ciò che devi fare è rimuovere le particelle di ossigeno e ti rimane silicio puro.

Il processo consiste nell'introdurre carbonio con la silice su un forno riscaldato fino a 3.632 gradi Fahrenheit (2.000 gradi Celsius). L'energia del calore spezzerebbe il silicio e l'ossigeno. Sulla base delle strutture atomiche, è più probabile che l'ossigeno si leghi al carbonio, lasciando nel processo silicio altamente concentrato.

2. Il silicio viene utilizzato per realizzare MOSFET utilizzati nei chip di elaborazione

I MOSFET (transistor a effetto di campo di metallo-ossido-silicio) sono il tipo ideale di transistor per realizzare processori e memorie come CPU, RAM, SSD e unità flash. Come suggerisce il nome, i MOSFET sono realizzati in silicio. Esistono diverse qualità dei MOSFET che li rendono i componenti ideali per realizzare chip di elaborazione. Questi includerebbero:

• Efficienza Energetica. A differenza di altri transistor, i MOSFET sono controllati dalla tensione e non dalla corrente. Con la tensione che controlla il gate e solo quantità minime di corrente che passa attraverso il transistor, viene consumata meno energia.
• Commutazione ad alta frequenza. L'utilizzo di una corrente minima per accendere e spegnere il MOSFET rende questi tipi di transistor ideali per applicazioni ad alta frequenza come i processori.
• Bassa interferenza elettromagnetica. Le basse correnti impediscono ai MOSFET di produrre interferenze elettromagnetiche che potrebbero influenzare altri componenti accanto ad esso. Senza preoccuparsi delle interferenze elettromagnetiche, gli ingegneri sono stati in grado di confezionarli in formati così densi.
• Isolamento naturale. Il silicio ha proprietà che rendono l'isolamento naturale. Un altro motivo per cui i MOSFET possono essere confezionati densamente è attraverso il suo isolamento naturale.
• Grandi terme. Le correnti elevate riscaldano i conduttori. Poiché i MOSFET non utilizzano molta corrente, non si riscaldano così tanto, a meno che non vengano overcloccati, ovviamente.
• Overclockabile. Il funzionamento a calore ridotto significa anche che i MOSFET utilizzati come interruttori possono essere strozzati molto di più rispetto ad altri tipi di transistor.

Con i suoi numerosi vantaggi e applicazioni, i MOSFET sono i transistor preferiti quando si realizzano componenti di chip elettronici, ma perché utilizzare il silicio per realizzare transistor ad effetto di campo in primo luogo? Perché non altri elementi?

Quando si realizzano transistor, i produttori devono utilizzare un elemento con proprietà semiconduttive come il silicio. I semiconduttori sono metalloidi che non sono né un conduttore né un isolante. Consentono ancora alla corrente di fluire attraverso di loro, solo in un modo molto inefficiente.

Il silicio puro è naturalmente un cattivo conduttore. Tuttavia, aggiungendo impurità come boro e fosforo, gli ingegneri sono stati in grado di alterare le proprietà conduttive di semiconduttori, consentendo ai transistor di passare dal conduttore all'isolante quando viene introdotta la tensione, proprio come a interruttore.

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3. Processo di fabbricazione facile

Sebbene altri semiconduttori abbiano proprietà che possono rendere migliori transistor ad effetto di campo, il silicio è ancora il materiale preferito grazie alla sua facilità di fabbricazione. Ciò significa meno complessità che si traduce in meno soldi spesi per utensili speciali e lavorazioni extra.

Uno dei motivi principali per cui il silicio è più facile da lavorare è dovuto al suo alto punto di fusione. Il punto di fusione del silicio è di 2.570 gradi Fahrenheit (1.410 gradi Celsius). Un materiale con un alto punto di fusione è essenziale per la produzione di microchip, soprattutto se implementano gate-last produzione, che introduce un cancello fittizio utilizzato come segnaposto per realizzare uno stampo in cui deve essere il cancello attivo effettivo installato.

Un'altra proprietà che rende il silicio più facile da fabbricare è la sua proprietà isolante naturale. Quando l'ossigeno viene introdotto negli strati superiori di silicio, formano uno strato di metallo-ossido-silicio (vetro). Il vetro è un ottimo isolante anche in strati sottili, consentendo ai produttori di avere un isolamento gratuito, risparmiando un sacco di costi e tempi di produzione.

Oltre ad essere economica, la produzione di silicio è anche molto più significativa di qualsiasi altra produzione di semiconduttori sul mercato. Con il silicio prontamente disponibile, i produttori non devono preoccuparsi di rimanere a corto di materie prime con cui lavorare, risparmiando ancora tempo e realizzando più microchip, il che si traduce in maggiori profitti.

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Il silicio è ovunque

Il silicio è il semiconduttore definitivo che ha permesso al nostro mondo di diventare prospero ed essere il colosso tecnologico che è oggi. È responsabile di rendere possibili determinate tecnologie ed è anche il motivo per cui la maggior parte del mondo è in grado di godere della tecnologia.

Sebbene il silicio abbia molti vantaggi di produzione che rendono l'industria tecnologica più redditizia, anche tu, il consumatore, trarrai vantaggio dalla produzione di silicio. Dispositivi elettronici come smartphone, computer, console di gioco, televisori, fotocamere CMOS e tutti gli altri dispositivi intelligenti sono resi accessibili grazie al basso costo delle materie prime e più facili produzione.

Il silicio è una parte così grande della nostra vita che, ironia della sorte, la silice (silicio impuro) deve essere estratta da ambienti sabbiosi, mentre il silicio puro può essere trovato sparso in tutta la nostra casa.

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