Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur zwischen der eines Leiters und der eines Isolators liegt. Wie Kupferdraht im Alltag ist auch Aluminiumdraht ein Leiter und Gummi ein Isolator. Aus Sicht der Leitfähigkeit: Halbleiter bezeichnet eine steuerbare Leitfähigkeit, die vom Isolator zum Leiter reicht.
In den Anfängen der Halbleiterchips spielte nicht Silizium, sondern Germanium die Hauptrolle. Der erste Transistor basierte auf Germanium, und der erste integrierte Schaltkreis war ein Germaniumchip.
Germanium weist jedoch einige schwerwiegende Probleme auf, wie beispielsweise zahlreiche Grenzflächendefekte in Halbleitern, eine schlechte thermische Stabilität und eine unzureichende Oxiddichte. Darüber hinaus ist Germanium ein seltenes Element, sein Gehalt in der Erdkruste beträgt nur 7 ppm, und Germaniumerze sind sehr uneinheitlich verteilt. Gerade weil Germanium sehr selten ist, ist die Verteilung nicht konzentriert, was zu hohen Kosten für Germaniumrohstoffe führt. Die Produkte sind selten, die Rohstoffkosten hoch und Germaniumtransistoren sind nirgends billig, sodass die Massenproduktion von Germaniumtransistoren schwierig ist.
Daher verlagerten die Forscher den Schwerpunkt ihrer Studie auf Silizium. Man kann sagen, dass alle angeborenen Mängel von Germanium die angeborenen Vorteile von Silizium sind.
1. Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element. In der Natur kommt es jedoch kaum vor. Seine häufigsten Verbindungen sind Kieselsäure und Silikate. Kieselsäure ist einer der Hauptbestandteile von Sand. Darüber hinaus basieren Feldspat, Granit, Quarz und andere Verbindungen auf Silizium-Sauerstoff-Verbindungen.
2. Silizium hat eine gute thermische Stabilität und kann mit einem dichten Oxid mit hoher Dielektrizitätskonstante leicht eine Silizium-Siliziumoxid-Grenzfläche mit wenigen Grenzflächendefekten herstellen.
3. Siliziumoxid ist wasserunlöslich (Germaniumoxid ist wasserunlöslich) und in den meisten Säuren unlöslich. Dies ist einfach die Korrosionsdrucktechnologie von Leiterplatten. Das kombinierte Produkt ist der bis heute andauernde Planarprozess für integrierte Schaltkreise.
Veröffentlichungszeit: 31. Juli 2023