Puolijohde on materiaali, jonka sähkönjohtavuus huoneenlämmössä on johtimen ja eristeen välillä. Kuten kuparilanka jokapäiväisessä elämässä, alumiinilanka on johdin ja kumi eriste. Johtavuuden näkökulmasta puolijohde viittaa säädettävään johtavuuteen, joka vaihtelee eristeestä johtimeen.
Puolijohdesirujen alkuaikoina pii ei ollut pääasiallinen tekijä, vaan germanium. Ensimmäinen transistori oli germaniumpohjainen transistori ja ensimmäinen integroitu piiri oli germaniumsiru.
Germaniumilla on kuitenkin joitakin erittäin vaikeita ongelmia, kuten monet rajapintavirheet puolijohteissa, heikko terminen stabiilius ja riittämätön oksiditiheys. Lisäksi germanium on harvinainen alkuaine, jonka pitoisuus maankuoressa on vain 7 ppm, ja germaniummalmin jakauma on myös hyvin hajanaista. Juuri siksi, että germanium on hyvin harvinainen, sen jakauma ei ole keskittynyt, mikä johtaa germanium-raaka-aineiden korkeisiin kustannuksiin. Asiat ovat harvinaisia, raaka-ainekustannukset ovat korkeat, ja germaniumtransistorit eivät ole halpoja missään, joten germaniumtransistoreita on vaikea massatuottaa.
Tutkijat siis siirsivät tutkimuksensa painopisteen seuraavalle tasolle ja tarkastelivat piitä. Voidaan sanoa, että kaikki germaniumin synnynnäiset puutteet ovat piin synnynnäisiä etuja.
1. Pii on toiseksi yleisin alkuaine hapen jälkeen, mutta sitä on luonnossa tuskin lainkaan. Sen yleisimmät yhdisteet ovat piidioksidi ja silikaatit. Piidioksidi on yksi hiekan pääkomponenteista. Lisäksi maasälpä, graniitti, kvartsi ja muut yhdisteet perustuvat pii-happiyhdisteisiin.
2. Piin terminen stabiilius on hyvä, tiheän, korkean dielektrisen vakion omaavan oksidin ansiosta se voi helposti valmistaa pii-piioksidirajapinnan, jossa on vain vähän rajapintavirheitä.
3. Piidioksidi ei liukene veteen (germaniumoksidi ei liukene veteen) eikä useimpiin happoihin, mikä on yksinkertaisesti piirilevyjen korroosiopainotekniikka. Yhdistetty tuote on integroitujen piirien tasomainen prosessi, joka jatkuu tähän päivään asti.
Julkaisun aika: 31.7.2023