3 raisons pour lesquelles le silicium est le semi-conducteur idéal pour la fabrication de puces

Beaucoup de nos appareils électroniques quotidiens reposent sur des transistors d'une manière ou d'une autre. Les transistors sont des composants électroniques utilisés pour contrôler le flux de courant traversant un appareil. Ils agissent comme des interrupteurs à commande électronique qui s'allument et s'éteignent, fournissant des signaux binaires que les appareils peuvent utiliser pour traiter les données.

Comme vous pouvez l'imaginer, les transistors sont présents dans presque tous les appareils électroniques que vous utilisez quotidiennement. Les transistors peuvent être fabriqués à partir de plusieurs matières premières. Cependant, les fabricants préfèrent utiliser du silicium à tout autre matériau. Voici trois raisons pour lesquelles.

1. Le silicium est bon marché

Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur la croûte terrestre après l'oxygène. Bien que le silicium pur soit rare, des matériaux comme la silice (SiO2) sont facilement disponibles à la vue sur la plage ou dans d'autres environnements sablonneux.

Vous pouvez généralement identifier la silice sur la plage comme les grains brillants qui scintillent lorsque vous manipulez du sable par une journée ensoleillée.

La plage, cependant, n'est pas un bon endroit pour s'approvisionner en silicium. Le sable de plage contient beaucoup trop d'impuretés pour que le rapport entre la silice et les autres matériaux ne soit pas idéal. Les fabricants achèteraient auprès de fournisseurs de silicium ou extrairaient eux-mêmes les matériaux dans des endroits où les concentrations de silice sont denses.

Comparé à d'autres matériaux métalloïdes, le silicium a un moyen de purification beaucoup plus simple et direct. Étant donné que la silice n'est constituée que de silicium et d'oxygène combinés, tout ce que vous avez à faire est d'éliminer les particules d'oxygène et vous vous retrouvez avec du silicium pur.

Le processus consiste à introduire du carbone avec la silice dans un four chauffé jusqu'à 3 632 degrés Fahrenheit (2 000 degrés Celsius). L'énergie de la chaleur briserait le silicium et l'oxygène. Sur la base des structures atomiques, l'oxygène est plus susceptible de se lier au carbone, laissant du silicium hautement concentré dans le processus.

2. Le silicium est utilisé pour fabriquer des MOSFET utilisés dans le traitement des puces

Les MOSFET (transistor à effet de champ métal-oxyde-silicium) sont le type de transistor idéal pour fabriquer des processeurs et de la mémoire tels que les processeurs, les RAM, les SSD et les lecteurs flash. Comme son nom l'indique, les MOSFET sont fabriqués à partir de silicium. Il existe plusieurs qualités de MOSFETS qui en font les composants idéaux pour fabriquer des puces de traitement. Ceux-ci incluraient:

• Efficacité énergétique. Contrairement aux autres transistors, les MOSFETS sont contrôlés par la tension et non par le courant. Avec une tension contrôlant la grille et seulement des quantités minimales de courant traversant le transistor, moins d'énergie est consommée.
• Commutation haute fréquence. L'utilisation d'un courant minimal pour allumer et éteindre le MOSFET rend ces types de transistors idéaux pour les applications haute fréquence telles que les processeurs.
• Faible interférence électromagnétique. Les faibles courants empêchent les MOSFETS de produire des interférences électromagnétiques qui peuvent affecter d'autres composants à côté. Sans se soucier des interférences électromagnétiques, les ingénieurs ont pu les conditionner dans des formats aussi denses.
• Isolation Naturelle. Le silicium a des propriétés qui en font une isolation naturelle. Une autre raison pour laquelle les MOSFETS peuvent être emballés de manière dense est leur isolation naturelle.
• Grands Thermes. Les courants élevés chauffent les conducteurs. Étant donné que les MOSFET n'utilisent pas beaucoup de courant, ils ne chauffent pas autant, à moins que vous ne les overclockiez, bien sûr.
• Overclockable. Le fonctionnement à basse température signifie également que les MOSFETS utilisés comme commutateurs peuvent être beaucoup plus étranglés par rapport aux autres types de transistors.

Avec ses nombreux avantages et applications, les MOSFETS sont le transistor de choix lors de la fabrication de composants de puces électroniques, mais pourquoi utiliser du silicium pour fabriquer des transistors à effet de champ en premier lieu? Pourquoi pas d'autres éléments?

Lors de la fabrication de transistors, les fabricants doivent utiliser un élément aux propriétés semi-conductrices tel que le silicium. Les semi-conducteurs sont des métalloïdes qui ne sont ni conducteur ni isolant. Ils permettent toujours au courant de les traverser, juste d'une manière très inefficace.

Le silicium pur est naturellement un mauvais conducteur. Cependant, en ajoutant des impuretés comme le bore et le phosphore, les ingénieurs ont pu modifier les propriétés conductrices de semi-conducteurs, permettant aux transistors de passer du conducteur à l'isolant lorsqu'une tension est introduite, un peu comme un changer.

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3. Processus de fabrication facile

Bien que d'autres semi-conducteurs aient des propriétés qui permettent de fabriquer de meilleurs transistors à effet de champ, le silicium reste le matériau préféré en raison de sa facilité de fabrication. Cela signifie moins de complexité, ce qui se traduit par moins d'argent dépensé en outillage spécialisé et en traitement supplémentaire.

L'une des principales raisons pour lesquelles le silicium est plus facile à travailler est son point de fusion élevé. Le point de fusion du silicium est de 2 570 degrés Fahrenheit (1 410 degrés Celsius). Un matériau avec un point de fusion élevé est essentiel à la fabrication de puces électroniques, surtout s'ils implémentent le gate-last fabrication, qui introduit une porte factice utilisée comme espace réservé pour fabriquer un moule où la porte active réelle doit être installée.

Une autre propriété qui rend le silicium plus facile à fabriquer est sa propriété isolante naturelle. Lorsque de l'oxygène est introduit dans les couches supérieures de silicium, elles forment une couche de métal-oxyde-silicium (verre). Le verre est un excellent isolant même en couches minces, permettant aux fabricants d'avoir une isolation gratuite, ce qui leur permet d'économiser une tonne de coûts et de temps de fabrication.

En plus d'être bon marché, la production de silicium est également beaucoup plus importante que toute autre production de semi-conducteurs sur le marché. Avec le silicium facilement disponible, les fabricants n'ont pas à s'inquiéter de manquer de matières premières avec lesquelles travailler, ce qui leur permet de gagner du temps et de fabriquer plus de micropuces, ce qui se traduit par plus de profits.

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Le silicium est partout

Le silicium est le semi-conducteur ultime qui a permis à notre monde de devenir prospère et d'être le géant technologique qu'il est aujourd'hui. Il est responsable de rendre certaines technologies possibles et c'est aussi la raison pour laquelle la majorité du monde est capable de profiter de la technologie.

Bien que le silicium présente de nombreux avantages de fabrication qui rendent l'industrie technologique plus rentable, vous, le consommateur, bénéficiez également de la fabrication de silicium. Appareils électroniques tels que smartphones, ordinateurs, consoles de jeux, téléviseurs, caméras CMOS et tous les autres appareils intelligents sont rendus abordables en raison du faible coût des matières premières et plus faciles fabrication.

Le silicium est une si grande partie de notre vie que, ironiquement, la silice (silicium impur) doit être extraite des environnements sablonneux, tandis que le silicium pur peut être trouvé éparpillé dans tout notre foyer.

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