En halvledare är ett material vars elektriska ledningsförmåga vid rumstemperatur ligger mellan en ledares och en isolators. Precis som koppartråd i vardagen är aluminiumtråd en ledare och gummi en isolator. Ur konduktivitetssynpunkt avser halvledare en kontrollerbar konduktivitet, allt från isolator till ledare.
I halvledarchipsens tidiga dagar var kisel inte den viktigaste aktören, utan germanium. Den första transistorn var en germaniumbaserad transistor och det första integrerade kretschippet var ett germaniumchip.
Germanium har dock några mycket svåra problem, såsom många gränssnittsdefekter i halvledare, dålig termisk stabilitet och otillräcklig oxiddensitet. Dessutom är germanium ett sällsynt grundämne, innehållet i jordskorpan är bara 7 miljondelar, och distributionen av germaniummalm är också mycket spridd. Det är just på grund av att germanium är mycket sällsynt att distributionen inte är koncentrerad, vilket resulterar i höga kostnader för germaniumråvaror; saker är sällsynta, råvarukostnaderna är höga och germaniumtransistorer är inte billiga någonstans, så germaniumtransistorer är svåra att massproducera.
Så, forskarna, fokus i studien hoppade upp ett steg och tittade på kisel. Man kan säga att alla germaniums medfödda brister är kisels medfödda fördelar.
1. Kisel är det näst vanligaste grundämnet efter syre, men man hittar knappast kisel i naturen. De vanligaste föreningarna är kiseldioxid och silikater. Kiseldioxid är en av huvudkomponenterna i sand. Dessutom är fältspat, granit, kvarts och andra föreningar baserade på kisel-syreföreningar.
2. Kiselns termiska stabilitet är god, med en tät oxid med hög dielektricitetskonstant, kan man enkelt framställa ett kisel-kiseloxid-gränssnitt med få gränssnittsdefekter.
3. Kiseloxid är olöslig i vatten (germaniumoxid är olöslig i vatten) och olöslig i de flesta syror, vilket helt enkelt är korrosionstrycktekniken för kretskort. Den kombinerade produkten är den integrerade krets-planära processen som fortsätter än idag.
Publiceringstid: 31 juli 2023