为什么硅会成为芯片的基础材料 为什么用硅做芯片原理是什么

地球上的半导体,是一个颇为庞大的家族 。在物质的导电性上,有绝缘体和导电体,而介于这两者之间的物质,就是半导体 。半导体的导电性可以操控 。按照摩尔法则,半导体已经成为了21世纪信息技术发展的基础 。计算机真正成为了我们每个人的工具 。

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在诸多的半导体材料中,人类最终选择了硅作为芯片的主要用材 。硅是地球地壳里最为常见的物质之一,它有什么特殊的地方,能够成为芯片的主要载体?
人类的计算机一开始使用电子管运作,但电子管体积太大,人类打造的第一台电子计算机重量达到了30吨,足足占据了150平米的大房间,但其计算速度还不如我们现在的手机 。人类在发现半导体之后,敏锐地意识到它可以用来取代电子管 。
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最开始的半导体晶体管,人类采用的是昂贵的锗材料制作的 。微电子的时代由此起步 。晶体管就像是一种微型开关,在加入不同元素的时候,它会呈现出不同的特性 。利用晶体管的不同组合,计算机就能完成各种类型的运算 。
但是问题很快出现了,锗元素在地壳中的含量只有一百万分之七,如果我们选择用锗打造晶体管,人类计算机的价格将会大大超出普通人的承受范围 。最终人类选择了硅,这种在地壳里几乎随处可见的物质 。
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硅元素价格低廉,几乎不存在成本问题 。人类提纯硅的技术已经炉火纯青,现在提纯出来的硅纯度已经无限接近100% 。硅元素不但无毒无害,还具有化学性质稳定的特性 。锗在75摄氏度以上高温中,导电率会出现不稳定的现象,不利于芯片的长期使用 。
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以硅为基础的半导体技术,改变了人类社会的面貌 。但人类晶体管的性能已经基本达到极限,未来人类会需要新一代的处理器,比如纳米技术,石墨烯等材料 。
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