Γιατί το τσιπ πυριτίου χρησιμοποιείται σε υπολογιστές;

Τα τσιπ πυρίτιο χρησιμοποιούνται σε υπολογιστές επειδή το πυρίτιο διαθέτει έναν μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων που το καθιστούν ιδανικά για τη δημιουργία τρανζίστορ και ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICS), τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των σύγχρονων υπολογιστών:

* αφθονία και αποτελεσματικότητα κόστους: Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στο φλοιό της γης, καθιστώντας το απίστευτα φθηνό για να αποκτηθεί και να επεξεργαστεί. Αυτό το χαμηλό κόστος είναι ζωτικής σημασίας για τη μαζική παραγωγή των δισεκατομμυρίων τρανζίστορ που απαιτούνται ακόμη και για ένα απλό τσιπ υπολογιστών.

* Ιδιότητες ημιαγωγού: Το πυρίτιο είναι ένας ημιαγωγός, που σημαίνει ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητά του βρίσκεται μεταξύ εκείνης ενός αγωγού (όπως ο χαλκός) και ενός μονωτήρα (όπως το καουτσούκ). Αυτή η ιδιότητα του επιτρέπει να χειρίζεται εύκολα να ενεργεί είτε ως διακόπτης (ενεργοποιημένος είτε απενεργοποιημένος), που αποτελεί τη βάση ενός τρανζίστορ. Με τον ακριβή έλεγχο της ποσότητας των προσμείξεων (ντόπινγκ) στο πυρίτιο, μπορούμε να δημιουργήσουμε περιοχές που διεξάγουν ηλεκτρικό ρεύμα (τύπου Ν) και περιοχές που διεξάγουν άσχημα (τύπου P). Η αλληλεπίδραση αυτών των περιοχών αποτελεί τη βάση της δράσης μεταγωγής του τρανζίστορ.

* Εύκολο στην κατασκευή: Το πυρίτιο μπορεί να καθαριστεί σε εξαιρετικά υψηλά επίπεδα, δημιουργώντας ένα πολύ σταθερό υλικό που είναι απαραίτητο για την αξιόπιστη κατασκευή τσιπ. Οι εκλεπτυσμένες τεχνικές όπως η φωτολιθογραφία επιτρέπουν στους κατασκευαστές να χαράξουν απίστευτα ωραία σχέδια σε πλακίδια πυριτίου, δημιουργώντας δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα μικρό χώρο.

* Καλή θερμική αγωγιμότητα: Το πυρίτιο έχει λογική θερμική αγωγιμότητα, που σημαίνει ότι μπορεί να διαλυθεί η θερμότητα που παράγεται από τη λειτουργία των δισεκατομμυρίων τρανζίστορ. Ενώ εξακολουθεί να είναι μια σημαντική πρόκληση, αυτή η ιδιοκτησία είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη της υπερθέρμανσης και της αποτυχίας των τσιπ.

* Μονωτικές ιδιότητες (διοξείδιο του πυριτίου): Όταν το πυρίτιο εκτίθεται σε οξυγόνο, σχηματίζει διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), ένα φυσικά απαντώμενο μονωτήρα. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία των μονωτικών στρωμάτων μεταξύ τρανζίστορ και άλλων εξαρτημάτων στο τσιπ, εμποδίζοντας τα βραχυκυκλώματα.

Ενώ εξετάζονται άλλα υλικά για εξειδικευμένες εφαρμογές (όπως το νιτρίδιο του γαλλίου για ηλεκτρονικά ηλεκτρικά), ο συνδυασμός της αφθονίας του πυριτίου, του κόστους-αποτελεσματικότητας, των ιδιοτήτων των ημιαγωγών, της παραγωγής και της θερμικής αγωγιμότητας καθιστά σήμερα το κυρίαρχο υλικό για τα τσιπ υπολογιστών.