3 أسباب تجعل السيليكون هو أشباه الموصلات المثالية لتصنيع الرقائق

تعتمد العديد من أجهزتنا الإلكترونية اليومية على الترانزستورات بطريقة أو بأخرى. الترانزستورات هي مكونات إلكترونية تُستخدم للتحكم في تدفق التيار المار عبر الجهاز. وهي تعمل كمفاتيح يتم التحكم فيها إلكترونيًا ، يتم تشغيلها وإيقافها ، وتوفر إشارات ثنائية يمكن للأجهزة استخدامها لمعالجة البيانات.

كما يمكنك أن تتخيل ، فإن الترانزستورات موجودة تقريبًا في كل جهاز إلكتروني تستخدمه يوميًا. يمكن صنع الترانزستورات على أساس العديد من المواد الخام. ومع ذلك ، يفضل المصنعون استخدام السيليكون فوق أي مادة أخرى. وإليك ثلاثة أسباب لماذا.

1. السيليكون غير مكلف

السيليكون هو ثاني أكثر العناصر وفرة على القشرة الأرضية بعد الأكسجين. على الرغم من ندرة السيليكون النقي ، إلا أن مواد مثل السيليكا (SiO2) متاحة بسهولة في منظر عادي على الشاطئ أو البيئات الرملية الأخرى.

يمكنك عادةً تحديد السيليكا على الشاطئ على أنها الحبيبات اللامعة التي تتألق عندما تتعامل مع الرمال في يوم مشمس.

ومع ذلك ، فإن الشاطئ ليس مكانًا جيدًا للحصول على السيليكون. تحتوي رمال الشاطئ على الكثير من الشوائب لدرجة أن نسبة السيليكا والمواد الأخرى ليست مثالية. يقوم المصنعون إما بالشراء من مزودي السيليكون أو يقومون بمحاجر المواد بأنفسهم في الأماكن التي تكون فيها تركيزات السيليكا كثيفة.

بالمقارنة مع المواد المعدنية الأخرى ، فإن السيليكون لديه طريقة أسهل بكثير ومباشرة للتنقية. نظرًا لأن السيليكا عبارة عن مزيج من السيليكون والأكسجين فقط ، فكل ما عليك فعله هو إزالة جزيئات الأكسجين ، ويتبقى لديك السيليكون النقي.

تتمثل العملية في إدخال الكربون مع السيليكا في فرن ساخن يصل إلى 3632 درجة فهرنهايت (2000 درجة مئوية). الطاقة من الحرارة ستكسر السيليكون والأكسجين. بناءً على الهياكل الذرية ، من المرجح أن يرتبط الأكسجين بالكربون ، مما يترك السيليكون عالي التركيز في هذه العملية.

2. يستخدم السيليكون لصنع ترشيد الترانزستور العضوي المتوسط ​​في معالجة الرقائق

تعد MOSFETs (ترانزستور تأثير المجال وأكسيد السيليكون المعدني) النوع المثالي من الترانزستور لصنع المعالجات والذاكرة مثل وحدات المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي ومحركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص المحمولة. كما يوحي الاسم ، فإن الترانزستورات الترانزستورية MOSFETs مصنوعة من السيليكون. هناك العديد من الصفات للـ MOSFETS التي تجعلها المكونات المثالية لصنع رقائق المعالجة. قد تشمل هذه:

• كفاءة الطاقة. على عكس الترانزستورات الأخرى ، يتم التحكم في الدوائر الترانزستورية بالجهد وليس التيار. مع تحكم الجهد في البوابة وتمر كميات قليلة من التيار عبر الترانزستور ، يتم استهلاك طاقة أقل.
• التحويل عالي التردد. استخدام الحد الأدنى من التيار فقط لتبديل MOSFET ON و OFF يجعل هذه الأنواع من الترانزستورات مثالية للتطبيقات عالية التردد مثل المعالجات.
• تداخل كهرومغناطيسي منخفض. تمنع التيارات المنخفضة MOSFETS من إنتاج تداخلات كهرومغناطيسية قد تؤثر على المكونات الأخرى بجانبها. دون القلق بشأن التداخل الكهرومغناطيسي ، تمكن المهندسون من تجميعها في مثل هذه التنسيقات الكثيفة.
• عزل طبيعي. يحتوي السيليكون على خصائص تجعل العزل طبيعيًا. سبب آخر يمكن أن يتم تعبئته بكثافة MOSFETS هو من خلال العزل الطبيعي.
• حرارية كبيرة. التيارات العالية تجعل الموصلات ساخنة. نظرًا لأن الدوائر MOSFET لا تستخدم الكثير من التيار ، فإنها لا تسخن كثيرًا - إلا إذا قمت برفع تردد التشغيل عنها ، بالطبع.
• فيركلوكابل. يعني التشغيل بحرارة منخفضة أيضًا أن الدوائر الترانزستورية MOSFETS المستخدمة كمفاتيح يمكن خنقها أكثر بكثير عند مقارنتها بأنواع الترانزستورات الأخرى.

بفضل مزاياها وتطبيقاتها العديدة ، تعد الترانزستورات MOSFETS هي الترانزستور المفضل عند صنع مكونات الرقاقة الإلكترونية ، ولكن لماذا نستخدم السيليكون لصنع ترانزستورات ذات تأثير ميداني في المقام الأول؟ لماذا لا توجد عناصر أخرى؟

عند صنع الترانزستورات ، يحتاج المصنعون إلى استخدام عنصر له خصائص شبه موصلة مثل السيليكون. أشباه الموصلات عبارة عن أشباه فلزات ليست موصلًا ولا عازلًا. لا يزالون يسمحون للتيار بالتدفق من خلالها ، فقط بطريقة غير فعالة للغاية.

السيليكون النقي هو بطبيعة الحال موصل سيء. ومع ذلك ، بإضافة شوائب مثل البورون والفوسفور ، تمكن المهندسون من تغيير الخصائص الموصلة لـ أشباه الموصلات ، التي تسمح للترانزستورات بالتبديل من الموصل إلى العازل عند إدخال الجهد ، مثل أ تحول.

متعلق ب: ما الذي يجعل رقائق iPhone من Apple مميزة للغاية؟

3. عملية تصنيع سهلة

على الرغم من أن أشباه الموصلات الأخرى لها خصائص يمكنها صنع ترانزستورات ذات تأثير ميداني أفضل ، إلا أن السيليكون لا يزال المادة المفضلة نظرًا لسهولة تصنيعه. وهذا يعني تعقيدًا أقل مما يؤدي إلى إنفاق أموال أقل على الأدوات المتخصصة والمعالجة الإضافية.

أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل من السهل التعامل مع السيليكون هو نقطة انصهاره العالية. تبلغ درجة انصهار السيليكون 2570 درجة فهرنهايت (1410 درجة مئوية). تعتبر المادة ذات نقطة الانصهار العالية أمرًا ضروريًا لتصنيع الرقائق الدقيقة ، خاصةً إذا كانت تنفذ البوابة الأخيرة التصنيع ، والذي يقدم بوابة وهمية تستخدم كعنصر نائب لصنع قالب حيث تكون البوابة النشطة الفعلية المثبتة.

خاصية أخرى تجعل تصنيع السيليكون أسهل وهي خاصية العزل التي تحدث بشكل طبيعي. عندما يتم إدخال الأكسجين إلى طبقات السيليكون العليا ، فإنها تشكل طبقة من أكسيد السيليكون المعدني (الزجاج). يعتبر الزجاج عازلًا ممتازًا حتى في الطبقات الرقيقة ، مما يسمح للمصنعين بالحصول على عزل مجاني ، مما يوفر لهم الكثير من التكلفة ووقت التصنيع.

بصرف النظر عن كونه رخيصًا ، فإن إنتاج السيليكون هو أيضًا أكثر أهمية من أي إنتاج آخر لأشباه الموصلات في السوق. مع توفر السيليكون بسهولة ، لا داعي للقلق بشأن نفاد المواد الخام للعمل بها ، ومرة ​​أخرى توفير الوقت وصنع المزيد من الرقائق الدقيقة ، مما يترجم إلى المزيد من الأرباح.

متعلق ب: ما هو النظام الموجود على شريحة (SoC)؟

السيليكون في كل مكان

السيليكون هو أشباه الموصلات النهائية التي سمحت لعالمنا أن يصبح مزدهرًا وأن يكون العملاق التكنولوجي كما هو عليه اليوم. إنها مسؤولة عن جعل تقنية معينة ممكنة وهي أيضًا السبب الذي يجعل غالبية العالم قادرًا على الاستمتاع بالتكنولوجيا.

على الرغم من أن للسيليكون العديد من مزايا التصنيع التي تجعل صناعة التكنولوجيا أكثر ربحية ، فإنك ، المستهلك ، تستفيد أيضًا من تصنيع السيليكون. الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر ووحدات التحكم في الألعاب وأجهزة التلفزيون وكاميرات CMOS و جميع الأجهزة الذكية الأخرى ميسورة التكلفة نظرًا لانخفاض تكلفة المواد الخام وجعلها أسهل تصنيع.

يعد السيليكون جزءًا كبيرًا من حياتنا ، ومن المفارقات أنه يجب استخراج السيليكا (السيليكون غير النقي) من البيئات الرملية ، بينما يمكن العثور على السيليكون النقي المنتشر في جميع أنحاء منزلنا.

عندما ينتهي قانون مور: 3 بدائل لرقائق السيليكون

فرض قانون مور وتيرة التطور التكنولوجي لعقود. ولكن ماذا يحدث عندما يتم الوصول إلى حدوده المادية؟

اقرأ التالي

نبذة عن الكاتب