3 razões pelas quais o silício é o semicondutor ideal para fabricação de chips

Muitos de nossos dispositivos eletrônicos diários dependem de transistores de uma forma ou de outra. Transistores são componentes eletrônicos usados ​​para controlar o fluxo de corrente que passa por um dispositivo. Eles atuam como interruptores controlados eletronicamente, ligando e desligando, fornecendo sinais binários que os dispositivos podem usar para processar dados.

Como você pode imaginar, os transistores estão presentes em quase todos os dispositivos eletrônicos que você usa diariamente. Os transistores podem ser feitos com base em várias matérias-primas. No entanto, os fabricantes preferem usar silício acima de qualquer outro material. Aqui estão três razões.

1. O silício é barato

O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre depois do oxigênio. Embora o silício puro seja raro, materiais como a sílica (SiO2) estão prontamente disponíveis à vista na praia ou em outros ambientes arenosos.

Normalmente, você poderia identificar a sílica na praia como os grãos brilhantes que cintilam quando você manuseia a areia em um dia ensolarado.

A praia, entretanto, não é um bom lugar para se obter silício. A areia da praia tem muitas impurezas que a proporção de sílica e outros materiais não é a ideal. Os fabricantes comprariam de fornecedores de silício ou extrairiam os próprios materiais em locais onde as concentrações de sílica são densas.

Quando comparado a outros materiais metalóides, o silício tem uma forma de purificação muito mais fácil e direta. Como a sílica é apenas silício e oxigênio combinados, tudo o que você precisa fazer é remover as partículas de oxigênio, e você fica com o silício puro.

O processo consiste em introduzir carbono com a sílica em um forno aquecido a 3.632 graus Fahrenheit (2.000 graus Celsius). A energia do calor iria quebrar o silício e o oxigênio. Com base nas estruturas atômicas, o oxigênio tem maior probabilidade de se ligar ao carbono, deixando o silício altamente concentrado no processo.

2. Silício é usado para fazer MOSFETs usados ​​em chips de processamento

MOSFETs (transistor de efeito de campo de óxido de metal-silício) são o tipo ideal de transistor para fazer processadores e memória como CPUs, RAMs, SSDs e drives flash. Como o nome indica, os MOSFETs são feitos de silício. Existem várias qualidades de MOSFETS que os tornam os componentes ideais para fazer chips de processamento. Isso incluiria:

• Eficiência energética. Ao contrário de outros transistores, os MOSFETS são controlados por tensão e não por corrente. Com a tensão controlando a porta e apenas quantidades mínimas de corrente passando pelo transistor, menos energia é consumida.
• Comutação de alta frequência. Usar apenas corrente mínima para ligar e desligar o MOSFET torna esses tipos de transistores ideais para aplicações de alta frequência, como em processadores.
• Baixa interferência eletromagnética. Baixas correntes evitam que os MOSFETS produzam interferências eletromagnéticas que podem afetar outros componentes ao lado dele. Sem se preocupar com a interferência eletromagnética, os engenheiros foram capazes de empacotá-los nesses formatos densos.
• Isolamento Natural. O silício tem propriedades que tornam o isolamento natural. Outra razão pela qual os MOSFETS podem ser embalados densamente é por meio de seu isolamento natural.
• Ótimas térmicas. Altas correntes tornam os condutores quentes. Como os MOSFETs não usam muita corrente, eles não esquentam tanto - a menos que você faça um overclock deles, é claro.
• Overclockable. Funcionar com baixa temperatura também significa que os MOSFETS usados ​​como interruptores podem ser muito mais estrangulados quando comparados a outros tipos de transistores.

Com suas muitas vantagens e aplicações, os MOSFETS são os transistores preferidos na fabricação de componentes de chips eletrônicos, mas por que usar o silício para fazer transistores de efeito de campo? Por que não outros elementos?

Ao fazer transistores, os fabricantes precisam usar um elemento com propriedades semicondutoras, como o silício. Semicondutores são metalóides que não são nem condutores nem isolantes. Eles ainda permitem que a corrente flua através deles, apenas de uma forma muito ineficiente.

O silício puro é naturalmente um mau condutor. No entanto, ao adicionar impurezas como boro e fósforo, os engenheiros foram capazes de alterar as propriedades condutoras de semicondutores, permitindo que os transistores comutem de condutor para isolador quando a tensão é introduzida, bem como um trocar.

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3. Processo de Fabricação Fácil

Embora outros semicondutores tenham propriedades que podem fazer melhores transistores de efeito de campo, o silício ainda é o material preferido devido à sua facilidade de fabricação. Isso significa menos complexidade, o que se traduz em menos dinheiro gasto em ferramentas especiais e processamento extra.

Uma das principais razões pelas quais o silício é mais fácil de trabalhar é devido ao seu alto ponto de fusão. O ponto de fusão do silício é 2.570 graus Fahrenheit (1.410 graus Celsius). Um material com um alto ponto de fusão é essencial para a fabricação de microchip, especialmente se eles implementam gate-last fabricação, que introduz um portão fictício usado como espaço reservado para fazer um molde onde o portão ativo real deve ser instalado.

Outra propriedade que torna o silício mais fácil de fabricar é sua propriedade isolante que ocorre naturalmente. Quando o oxigênio é introduzido nas camadas superiores de silício, elas formam uma camada de óxido metálico de silício (vidro). O vidro é um excelente isolante mesmo em camadas finas, permitindo que os fabricantes tenham um isolamento gratuito, economizando uma tonelada de custos e tempo de fabricação.

Além de ser barata, a produção de silício também é muito mais significativa do que qualquer outra produção de semicondutor no mercado. Com o silício disponível, os fabricantes não precisam se preocupar em ficar sem matéria-prima para trabalhar, mais uma vez economizando tempo e fabricando mais microchips, o que se traduz em mais lucro.

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O silício está em toda parte

O silício é o semicondutor definitivo que permitiu que nosso mundo se tornasse próspero e fosse o gigante tecnológico que é hoje. É responsável por tornar possível determinada tecnologia e também é a razão pela qual a maioria do mundo é capaz de desfrutar da tecnologia.

Embora o silício tenha muitas vantagens de fabricação que tornam a indústria de tecnologia mais lucrativa, você, o consumidor, também se beneficia com a fabricação de silício. Dispositivos eletrônicos, como smartphones, computadores, consoles de jogos, televisores, câmeras CMOS e todos os outros dispositivos inteligentes são acessíveis devido ao baixo custo das matérias-primas e mais fácil fabricação.

O silício é uma parte tão grande da nossa vida que, ironicamente, a sílica (silício impuro) tem que ser extraída de ambientes arenosos, enquanto o silício puro pode ser encontrado espalhado por toda a nossa casa.

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