Daugelis mūsų kasdienių elektroninių prietaisų vienaip ar kitaip priklauso nuo tranzistorių. Tranzistoriai yra elektroniniai komponentai, naudojami srovės, einančios per įrenginį, srautui valdyti. Jie veikia kaip elektroniniu būdu valdomi jungikliai, įjungiantys ir išjungiami, teikdami dvejetainius signalus, kuriuos įrenginiai gali naudoti duomenims apdoroti.
Kaip galite įsivaizduoti, tranzistorių yra beveik kiekviename elektroniniame įrenginyje, kurį naudojate kasdien. Tranzistoriai gali būti pagaminti iš kelių žaliavų. Tačiau gamintojai pirmenybę teikia siliciui, o ne bet kokiai kitai medžiagai. Štai trys priežastys, kodėl.
1. Silicis yra nebrangus
Silicis yra antras pagal gausumą elementas žemės plutoje po deguonies. Nors grynas silicis yra retas, tokios medžiagos kaip silicis (SiO2) yra lengvai prieinamos paplūdimyje ar kitoje smėlio aplinkoje.
Paprastai paplūdimyje silicio dioksidą galite atpažinti kaip blizgančius grūdelius, kurie kibirkščiuoja dirbant su smėliu saulėtą dieną.
Tačiau paplūdimys nėra tinkama vieta siliciui gauti. Paplūdimio smėlyje yra per daug priemaišų, todėl silicio dioksido ir kitų medžiagų santykis nėra idealus. Gamintojai pirktų iš silicio tiekėjų arba patys kastų medžiagas vietose, kur silicio dioksido koncentracija yra tanki.
Palyginti su kitomis metaloidinėmis medžiagomis, silicio valymo būdas yra daug lengvesnis ir paprastesnis. Kadangi silicis yra tik silicio ir deguonies derinys, tereikia pašalinti deguonies daleles ir belieka grynas silicis.
Procesas yra anglies įvedimas su silicio dioksidu krosnyje, įkaitintoje iki 3 632 laipsnių Farenheito (2 000 laipsnių Celsijaus). Šilumos energija suskaidys silicį ir deguonį. Remiantis atominėmis struktūromis, deguonis labiau jungiasi su anglimi, todėl procese lieka labai koncentruotas silicis.
2. Silicis naudojamas MOSFET, naudojamų lustų apdorojimui, gamybai
MOSFET (metalo oksido ir silicio lauko efekto tranzistorius) yra idealus tranzistorių tipas, skirtas procesoriams ir atminčiai, pvz., CPU, RAM, SSD ir „flash drives“, gaminti. Kaip rodo pavadinimas, MOSFET yra pagaminti iš silicio. Yra keletas MOSFET savybių, dėl kurių jie yra idealūs komponentai apdorojimo lustams gaminti. Tai apimtų:
- Energijos efektyvumas. Priešingai nei kiti tranzistoriai, MOSFETS valdomi įtampa, o ne srove. Kai įtampa valdo vartus ir tik minimalus srovės kiekis praeina per tranzistorių, sunaudojama mažiau energijos.
- Aukšto dažnio perjungimas. Naudojant tik minimalią srovę MOSFET ĮJUNGTI ir IŠJUNGTI, šių tipų tranzistoriai idealiai tinka aukšto dažnio programoms, pavyzdžiui, procesoriams.
- Maži elektromagnetiniai trukdžiai. Mažos srovės neleidžia MOSFETS sukelti elektromagnetinių trukdžių, galinčių paveikti kitus šalia jo esančius komponentus. Nesijaudindami dėl elektromagnetinių trukdžių, inžinieriai sugebėjo juos supakuoti tokiais tankiais formatais.
- Natūrali izoliacija. Silicis turi savybių, kurios sukuria natūralią izoliaciją. Kita priežastis, dėl kurios MOSFETS galima supakuoti tankiai, yra natūrali izoliacija.
- Puikūs terminiai. Dėl didelės srovės laidininkai įkaista. Kadangi MOSFET nenaudoja daug srovės, jie ne tiek įkaista, žinoma, nebent juos padidinsite.
- Peršokantis. Veikimas esant žemai šilumai taip pat reiškia, kad MOSFETS, naudojami kaip jungikliai, gali būti daug labiau slopinami, palyginti su kitų tipų tranzistoriais.
Su daugybe privalumų ir pritaikymo būdų, MOSFETS yra tranzistorius, kurį renkamasi gaminant elektroninių lustų komponentus, bet kam iš pradžių naudoti silicį lauko tranzistorių gamybai? Kodėl ne kiti elementai?
Gamindami tranzistorius, gamintojai turi naudoti elementą, turintį pusiau laidžių savybių, pavyzdžiui, silicį. Puslaidininkiai yra metaloidai, kurie nėra nei laidininkas, nei izoliatorius. Jie vis tiek leidžia per juos tekėti srovei, tik labai neefektyviai.
Grynas silicis natūraliai yra blogas laidininkas. Tačiau, pridėdami priemaišų, tokių kaip boras ir fosforas, inžinieriai sugebėjo pakeisti laidžiąsias puslaidininkiai, leidžiantys tranzistoriams pereiti iš laidininko į izoliatorių, kai įvedama įtampa, panašiai kaip jungiklis.
Susijęs: Kuo „Apple“ „iPhone“ lustai tokie ypatingi?
3. Lengvas gamybos procesas
Nors kiti puslaidininkiai pasižymi tokiomis savybėmis, kurios gali pagaminti geresnius lauko tranzistorius, silicis vis dar yra tinkamiausia medžiaga, nes jį lengva pagaminti. Tai reiškia mažiau sudėtingumo, o tai reiškia, kad mažiau pinigų išleidžiama specialiems įrankiams ir papildomam apdorojimui.
Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl silicį lengviau apdoroti, yra aukšta jo lydymosi temperatūra. Silicio lydymosi temperatūra yra 2570 laipsnių pagal Farenheitą (1410 laipsnių Celsijaus). Medžiaga, kurios lydymosi temperatūra yra aukšta, yra labai svarbi mikroschemų gamybai, ypač jei jose įdiegta paskutinė gamyba, kurioje pristatomi manekeno vartai, naudojami kaip vietos rezervavimo priemonė, kuriant formą, kurioje turi būti tikrieji aktyvūs vartai įdiegta.
Kita savybė, dėl kurios silicį lengviau pagaminti, yra jo natūrali izoliacinė savybė. Kai deguonis patenka į viršutinius silicio sluoksnius, jie sudaro metalo oksido ir silicio (stiklo) sluoksnį. Stiklas yra puikus izoliatorius net ir plonais sluoksniais, todėl gamintojai gali turėti nemokamą izoliaciją, sutaupydami daug išlaidų ir gamybos laiko.
Be to, kad silicio gamyba yra pigi, ji taip pat yra daug svarbesnė nei bet kuri kita puslaidininkių gamyba rinkoje. Kadangi silicis yra lengvai prieinamas, gamintojams nereikia jaudintis, kad pritrūks žaliavų, su kuriomis dirbti, taip sutaupo laiko ir pagamina daugiau mikroschemų, o tai reiškia didesnį pelną.
Susijęs: Kas yra sistema ant lusto (SoC)?
Silicis yra visur
Silicis yra geriausias puslaidininkis, leidęs mūsų pasauliui klestėti ir būti tokiu technologiniu didvyriu, koks jis yra šiandien. Ji yra atsakinga už tam, kad tam tikros technologijos būtų įmanomos, taip pat yra priežastis, kodėl dauguma pasaulio žmonių gali mėgautis technologijomis.
Nors silicis turi daug gamybos pranašumų, dėl kurių technologijų pramonė tampa pelningesnė, jūs, vartotojas, taip pat gaunate naudos iš silicio gamybos. Elektroniniai įrenginiai, tokie kaip išmanieji telefonai, kompiuteriai, žaidimų pultai, televizoriai, CMOS kameros ir visi kiti išmanieji įrenginiai yra įperkami dėl mažos žaliavos kainos ir paprastesni gamyba.
Silicis yra tokia didelė mūsų gyvenimo dalis, kad, kaip ironiška, silicio dioksidas (nešvarus silicis) turi būti išgaunamas iš smėlėtos aplinkos, o gryno silicio galima rasti išsibarstę po visą mūsų namų ūkį.
Moore'o dėsnis dešimtmečius diktavo technologijų vystymosi tempą. Bet kas atsitinka, kai pasiekiamos jo fizinės ribos?
Skaitykite toliau
- Paaiškinta technologija
- Kompiuterio atmintis
- CPU
Trokšdamas sužinoti, kaip viskas veikia, Jayricas Maningas dar paauglystėje pradėjo dirbti su įvairiausiais elektroniniais ir analoginiais įrenginiais. Jis studijavo Baguio universitete, kur susipažino su kompiuterine ekspertize ir kibernetiniu saugumu. Šiuo metu jis daug studijuoja savarankiškai ir tobulina technologijas, siekdamas išsiaiškinti, kaip jos veikia ir kaip galime jas panaudoti, kad gyvenimas būtų lengvesnis (ar bent jau vėsesnis!).
Prenumeruokite mūsų naujienlaiškį
Prisijunkite prie mūsų naujienlaiškio, kad gautumėte techninių patarimų, apžvalgų, nemokamų el. knygų ir išskirtinių pasiūlymų!
Norėdami užsiprenumeruoti, spustelėkite čia
