¿Por qué se utiliza el silicio para fabricar microchips?

En mi búsqueda para comprender mejor cómo funcionan las computadoras a un nivel profundo, me he preguntado por qué, exactamente, se usa silicio en los microchips. Siempre supuse, ingenuamente, que el silicio tenía una resistencia eléctrica muy alta y por lo tanto era un buen material para emparedar otros materiales con baja resistencia eléctrica (es decir, oro). Y que esta era la forma en que se fabricaban los microchips.

Después de investigar un poco, veo que estaba equivocado y que el silicio es un 'semiconductor'. Para abreviar, me adelantaré y diré que no entiendo qué es un semiconductor y por qué es bueno para fabricar microchips. He visto varias explicaciones y me confundieron o las explicaciones se contradecían por completo, pero la esencia básica es que un semiconductor está en algún lugar entre un conductor y un aislante. ¿Por qué es útil para hacer circuitos integrados?

Un semiconductor es un material cuyo comportamiento eléctrico se puede modificar mediante la adición de impurezas (dopaje) y se puede utilizar para fabricar elementos de circuito con resistencias variables, comportamientos de umbral de tensión, etc., dependiendo de factores influyentes como la electricidad y el magnetismo aplicados. los campos. El silicio es barato, ubicuo (arena común) y conveniente, pero el germanio y otros materiales semiconductores también se usan cuando se requiere.
Entonces, esencialmente, ¿el fabricante usa estas impurezas para crear vías por donde puede viajar la corriente eléctrica? ¿Es eso correcto?
No caminos: Eso sería más como un PCB, con cobre como caminos. El comportamiento real de los materiales se modifica, por ejemplo, aumenta la corriente a través de una unión base-emisor y aumenta la corriente a través de la unión colector-emisor, en un transistor de unión bipolar, por ejemplo, si el silicio a cada lado de las uniones está adecuadamente "dopado".
Lo siento, es posible que "vías" no sea la palabra correcta. Quise decir que al agregar diferentes impurezas, puede ajustar las propiedades químicas del silicio y controlar así cómo la corriente eléctrica 'fluye' a través del chip. ¿Es eso correcto?
Ampliamente correcto, sí.
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Me parece una pregunta decente. También he votado positivo.

Respuestas (2)

Cualquiera de una serie de materiales semiconductores puede usarse y se usa, de hecho, el primer transistor fue en realidad un transistor de germanio (Ge). la verdadera razón por la que Si es tan dominante se reduce a 4 razones principales (pero la n. ° 1 es la razón principal):

1) Forma un óxido de muy alta calidad, sella la superficie con muy pocos orificios o espacios. - esto permite que el MOSFET de brecha se fabrique más fácilmente ya que el SiO 2 forma la capa aislante para la puerta, - SiO 2 ha sido llamado el amigo de los diseñadores de chips.

2) Forma un nitruro muy resistente, el nitruro de silicio Si 3 N 4 forma un aislante de banda prohibida muy alta que es impermeable. - esto se usa para pasivar (sellar) el troquel. - esto también se usa para hacer máscaras duras y en otros pasos del proceso

3) Si tiene una muy buena banda prohibida de ~ 1.12 eV, no demasiado alta para que la temperatura ambiente no pueda ionizarla, y no tan baja como para que tenga una corriente de fuga alta.

4) forma un material de puerta muy agradable. La mayoría de los FET modernos utilizados en VLSI (hasta las últimas generaciones) se han denominado MOSFET, pero en realidad han utilizado Si como material de puerta. Resulta que es muy fácil depositar Si no cristalino en las superficies y se graba fácilmente con gran precisión.

Básicamente, el éxito de Si es el éxito de MOSFET, que con escalamiento e integración extrema ha impulsado la industria. Los Mosfet no se fabrican tan fácilmente en otros sistemas de materiales y no se puede lograr el mismo nivel de integración en otros semiconductores.

GeO 2 - es parcialmente soluble

GaAs - no forma óxido

CO 2 - es un gas

Los semiconductores se utilizan porque con la contaminación selectiva (llamada dopantes) se pueden controlar las propiedades del material y adaptar su operación y mecanismos operativos.

Esta es una respuesta genial.
+1 pero también creo que la alta disponibilidad y el bajo costo del material son otra buena razón.
El silicio ya era el material semiconductor dominante antes de que se usaran comúnmente los FET.
Otro beneficio del silicio en comparación con las alternativas (como GaAs, que fue el "semiconductor del futuro" durante muchos años) es la solidez física. Por lo que me han dicho, si fabricas una oblea de GaAs de 200 mm, es probable que se rompa si solo la miras de forma divertida. Esta es una de las razones por las que las fábricas de GaAs se han quedado con mucho más pequeñas (3" y 4"? ) obleas, lo que hace que el GaAs sea mucho menos económico en comparación con el Si.

Para esbozar por qué un semiconductor es bueno para crear circuitos, comience con su comprensión de que se encuentra entre un conductor y un aislante, y agregue el hecho de que las impurezas (dopantes) y otros procesos (capas de óxido) pueden modificar su comportamiento para formar partes de se comporta mejor y otras partes se comportan peor. Agregue el hecho de que las cargas eléctricas se atraen o se repelen (los opuestos se atraen, las cargas iguales se repelen).

Ahora imagine un canal donde los electrones pueden fluir, aislado de una capa conductora cercana, en la que controla el voltaje. Haga que esa capa sea negativa, y su campo eléctrico repele los electrones en el canal, incluso a través del aislante, evitando que ingresen al canal. Hágalo positivo y atraerá electrones al canal desde la terminal -ve, donde pueden fluir a través de él hacia la terminal +ve. Entonces puede controlar el flujo de corriente con el voltaje en la capa aislada.

Este es un transistor de efecto de campo o FET. - la capa aislada se llama puerta; el terminal -ve se llama fuente y el terminal +ve es el drenaje.

A medida que los electrones fluyen en el canal, se denomina FET de canal N (N para Negativo)

Hay otros dispositivos que puede construir sobre un semiconductor, con una comprensión más profunda, pero espero que esto sea suficiente para mostrar el principio básico.

¿Por qué el silicio? De quizás una docena de materiales semiconductores posibles, es particularmente conveniente y confiable, además de ser casi tan barato como la arena (que es principalmente dióxido de silicio)

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