Полупроводник — это материал, электрическая проводимость которого при комнатной температуре находится между проводимостью проводника и изолятора. Как медная проволока в повседневной жизни, алюминиевая проволока является проводником, а резина — изолятором. С точки зрения проводимости: полупроводник — это материал с контролируемой проводимостью, варьирующейся от проводимости изолятора до проводимости проводника.
На заре развития полупроводниковых микросхем кремний не играл главной роли, ею был германий. Первый транзистор был германиевым, и первая интегральная микросхема также была германиевой.
Однако германий имеет ряд очень сложных проблем, таких как многочисленные дефекты на границе раздела в полупроводниках, низкая термическая стабильность и недостаточная плотность оксидов. Кроме того, германий — редкий элемент, его содержание в земной коре составляет всего 7 частей на миллион, а распределение германиевой руды также очень рассредоточено. Именно из-за своей редкости и неконцентрированного распределения германий приводит к высокой стоимости германиевого сырья; из-за редкости сырья стоимость сырья высока, а германиевые транзисторы нигде не бывают дешевыми, поэтому их трудно производить в больших количествах.
Таким образом, исследователи переключили свое внимание на кремний. Можно сказать, что все врожденные недостатки германия являются врожденными преимуществами кремния.
1. Кремний — второй по распространенности элемент после кислорода, но в природе его найти практически невозможно, наиболее распространенными его соединениями являются кремнезем и силикаты. Кремнезем — один из основных компонентов песка. Кроме того, полевой шпат, гранит, кварц и другие соединения основаны на соединениях кремния и кислорода.
2. Кремний обладает хорошей термической стабильностью, образует плотный оксид с высокой диэлектрической постоянной, что позволяет легко получить границу раздела кремний-оксид кремния с небольшим количеством дефектов на границе раздела.
3. Оксид кремния нерастворим в воде (оксид германия нерастворим в воде) и нерастворим в большинстве кислот, что и является просто технологией коррозионной печати печатных плат. В результате получается технология изготовления интегральных схем, которая используется и по сей день.
Дата публикации: 31 июля 2023 г.