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1.Por que silício para chips?Existem materiais que podem substituí-lo no futuro?
A matéria-prima dos chips são os wafers, compostos de silício.Existe um equívoco de que “a areia pode ser usada para fazer lascas”, mas não é o caso.O principal componente químico da areia é o dióxido de silício, e o principal componente químico do vidro e dos wafers também é o dióxido de silício.A diferença, porém, é que o vidro é silício policristalino, e o aquecimento da areia em altas temperaturas produz silício policristalino.Os wafers, por outro lado, são silício monocristalino e, se forem feitos de areia, precisam ser transformados de silício policristalino em silício monocristalino.

O que exatamente é o silício e por que ele pode ser usado para fazer chips, iremos revelar neste artigo um por um.

A primeira coisa que precisamos entender é que o material de silício não é um salto direto para a etapa do chip, o silício é refinado a partir da areia de quartzo do elemento silício, o número de prótons do elemento silício do que o elemento alumínio é um a mais, do que o elemento fósforo um a menos , não é apenas a base material dos modernos dispositivos de computação eletrônica, mas também um dos elementos básicos possíveis para as pessoas que procuram vida extraterrestre.Normalmente, quando o silício é purificado e refinado (99,999%), ele pode ser fabricado em pastilhas de silício, que são então fatiadas em pastilhas.Quanto mais fino o wafer, menor será o custo de fabricação do chip, mas maiores serão os requisitos para o processo do chip.

Três etapas importantes para transformar silício em wafers

Especificamente, a transformação do silício em wafers pode ser dividida em três etapas: refino e purificação do silício, crescimento de silício de cristal único e formação de wafer.

Na natureza, o silício é geralmente encontrado na forma de silicato ou dióxido de silício em areia e cascalho.A matéria-prima é colocada em forno elétrico a arco a 2.000°C e na presença de fonte de carbono, e a alta temperatura é utilizada para reagir dióxido de silício com carbono (SiO2 + 2C = Si + 2CO) para obter silício de grau metalúrgico ( pureza em torno de 98%).No entanto, esta pureza não é suficiente para a preparação de componentes eletrônicos, por isso deve ser posteriormente purificada.O silício de grau metalúrgico triturado é clorado com cloreto de hidrogênio gasoso para produzir silano líquido, que é então destilado e reduzido quimicamente por um processo que produz polissilício de alta pureza com uma pureza de 99,9999999999% como silício de grau eletrônico.

Então, como você obtém silício monocristalino a partir de silício policristalino?O método mais comum é o método de tração direta, onde o polissilício é colocado em um cadinho de quartzo e aquecido a uma temperatura de 1400°C mantida na periferia, o que produz um polissilício fundido.Claro, isso é precedido pela imersão de um cristal semente nele e fazendo com que a haste de extração carregue o cristal semente na direção oposta enquanto o puxa lenta e verticalmente para cima a partir do fundido de silício.O silício policristalino fundido adere à parte inferior do cristal semente e cresce para cima na direção da estrutura do cristal semente, que depois de ser puxado e resfriado cresce em uma única barra de cristal com a mesma orientação da rede do cristal semente interno.Finalmente, os wafers de cristal único são tombados, cortados, retificados, chanfrados e polidos para produzir os tão importantes wafers.

Dependendo do tamanho do corte, os wafers de silício podem ser classificados como 6", 8", 12" e 18".Quanto maior o tamanho do wafer, mais chips podem ser cortados de cada wafer e menor será o custo por chip.
2.Três etapas importantes na transformação de silício em wafers

Especificamente, a transformação do silício em wafers pode ser dividida em três etapas: refino e purificação do silício, crescimento de silício de cristal único e formação de wafer.

Na natureza, o silício é geralmente encontrado na forma de silicato ou dióxido de silício em areia e cascalho.A matéria-prima é colocada em forno elétrico a arco a 2.000°C e na presença de fonte de carbono, e a alta temperatura é utilizada para reagir dióxido de silício com carbono (SiO2 + 2C = Si + 2CO) para obter silício de grau metalúrgico ( pureza cerca de 98%).No entanto, esta pureza não é suficiente para a preparação de componentes eletrônicos, por isso deve ser posteriormente purificada.O silício de grau metalúrgico triturado é clorado com cloreto de hidrogênio gasoso para produzir silano líquido, que é então destilado e reduzido quimicamente por um processo que produz polissilício de alta pureza com uma pureza de 99,9999999999% como silício de grau eletrônico.

Então, como você obtém silício monocristalino a partir de silício policristalino?O método mais comum é o método de tração direta, onde o polissilício é colocado em um cadinho de quartzo e aquecido a uma temperatura de 1400°C mantida na periferia, o que produz um polissilício fundido.Claro, isso é precedido pela imersão de um cristal semente nele e fazendo com que a haste de extração carregue o cristal semente na direção oposta enquanto o puxa lenta e verticalmente para cima a partir do fundido de silício.O silício policristalino fundido adere à parte inferior do cristal semente e cresce para cima na direção da estrutura do cristal semente, que depois de ser puxado e resfriado cresce em uma única barra de cristal com a mesma orientação da rede do cristal semente interno.Finalmente, os wafers de cristal único são tombados, cortados, retificados, chanfrados e polidos para produzir os tão importantes wafers.

Dependendo do tamanho do corte, os wafers de silício podem ser classificados como 6", 8", 12" e 18".Quanto maior o tamanho do wafer, mais chips podem ser cortados de cada wafer e menor será o custo por chip.

Por que o silício é o material mais adequado para fazer chips?

Teoricamente, todos os semicondutores podem ser usados ​​como materiais de chip, mas as principais razões pelas quais o silício é o material mais adequado para fazer chips são as seguintes.

1, de acordo com a classificação do conteúdo elementar da terra, em ordem: oxigênio> silício> alumínio> ferro> cálcio> sódio> potássio ...... posso ver que o silício ficou em segundo lugar, o conteúdo é enorme, o que também permite o chip para ter um suprimento quase inesgotável de matérias-primas.

2, as propriedades químicas do elemento de silício e as propriedades do material são muito estáveis, o primeiro transistor é o uso de materiais semicondutores de germânio para fazer, mas como a temperatura excede 75 ℃, a condutividade será uma grande mudança, transformada em uma junção PN após o reverso corrente de fuga de germânio do que de silício, portanto, a seleção do elemento de silício como material de chip é mais apropriada;

3, a tecnologia de purificação de elementos de silício é madura e de baixo custo, hoje em dia a purificação de silício pode chegar a 99,9999999999%.

4, o próprio material de silício não é tóxico e é inofensivo, o que também é uma das razões importantes pelas quais foi escolhido como material de fabricação de chips.