माइक्रोचिप बनाने के लिए सिलिकॉन का उपयोग क्यों किया जाता है?

Question

बेहतर ढंग से समझने के लिए मेरी खोज पर कि कंप्यूटर एक गहरे स्तर पर कैसे काम करता है मैं इस सवाल पर आया हूं कि, माइक्रोचिप्स में सिलिकॉन का उपयोग क्यों किया जाता है। मैंने हमेशा यह माना कि, भोलेपन से, कि सिलिकॉन में एक बहुत ही उच्च विद्युत प्रतिरोध था और इसलिए इसने अन्य सामग्रियों को कम विद्युत प्रतिरोध (यानी सोना) के साथ सैंडविच करने के लिए एक अच्छी सामग्री बनाई। और यही वह तरीका था जिससे माइक्रोचिप्स बनाए गए थे।

वास्तव में कुछ शोध करने के बाद मैं देखता हूं कि मैं गलत था और वह सिलिकॉन एक 'अर्धचालक' है। इस कमी को रखने के लिए मैं सिर्फ आगे को छोड़ दूंगा और बस इतना ही कहूंगा कि मुझे समझ नहीं आ रहा है कि सेमीकंडक्टर क्या है और माइक्रोचिप्स बनाने के लिए यह अच्छा क्यों है। मैंने कई स्पष्टीकरण देखे हैं और उन्होंने या तो मुझे भ्रमित किया है, या स्पष्टीकरण ने पूरी तरह से एक-दूसरे का खंडन किया है, लेकिन मूल बात यह है कि एक कंडक्टर और एक इन्सुलेटर के बीच एक अर्धचालक कहीं है। एकीकृत सर्किट बनाने के लिए यह क्यों उपयोगी है?

Comments

एक अर्धचालक एक ऐसी सामग्री है जिसके विद्युत व्यवहार को उसके द्वारा जोड़े गए दोषों (डोपिंग) द्वारा संशोधित किया जा सकता है, और सर्किट तत्वों को अलग-अलग प्रतिरोधों, वोल्टेज थ्रेशोल्ड व्यवहारों, और इसी तरह, लागू विद्युत और चुंबकीय जैसे कारकों को प्रभावित करने के आधार पर इस्तेमाल किया जा सकता है। खेत। सिलिकॉन सस्ता, सर्वव्यापी (सामान्य रेत) और सुविधाजनक है, लेकिन जर्मेनियम और अन्य अर्धचालक सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है जहां इसे बुलाया जाता है।

— अनिंदो घोष

तो, अनिवार्य रूप से, निर्माता इन अशुद्धियों का उपयोग उन मार्गों को बनाने के लिए करता है जहां विद्युत प्रवाह यात्रा कर सकता है? क्या वो सही है?

— कोल रोलैंड

रास्ते नहीं: यह एक पीसीबी की तरह अधिक होगा, रास्ते के रूप में तांबे के साथ। वास्तविक सामग्री व्यवहार को संशोधित किया जाता है, उदाहरण के लिए एक बेस-एमिटर जंक्शन के माध्यम से करंट बढ़ाते हैं और एक बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर में कलेक्टर-एमिटर जंक्शन के माध्यम से करंट बढ़ता है, उदाहरण के लिए, यदि जंक्शनों के दोनों ओर का सिलिकॉन उपयुक्त रूप से "डोप्ड" है।

— अनिंदो घोष

क्षमा करें, 'मार्ग' गलत शब्द हो सकता है। मेरा मतलब था कि विभिन्न अशुद्धियों को जोड़कर आप सिलिकॉन के रासायनिक गुणों को समायोजित कर सकते हैं, जिससे यह नियंत्रित होता है कि चिप के माध्यम से विद्युत प्रवाह 'कैसे' बहता है। क्या वो सही है?

— कोल रोलैंड

इस सवाल को क्यों दरकिनार करें? मैंने इसे 0. पर पुनर्स्थापित करने के लिए upvot किया है। यदि आप नीचे जा रहे हैं तो कृपया प्रतिक्रिया दें ताकि प्रश्न को बेहतर बनाया जा सके।

— बीलाम

Answer 1

सेमीकंडक्टर सामग्रियों की संख्या में से कोई भी हो सकता है और इसका उपयोग किया जाता है, वास्तव में पहला ट्रांजिस्टर वास्तव में एक जर्मेनियम (जीई) ट्रांजिस्टर था। वास्तविक कारण यह है कि Si इतना प्रमुख क्यों है 4 प्रमुख कारणों से नीचे आता है (लेकिन # 1 प्राथमिक कारण है):

1) यह एक ऑक्साइड बनाता है जो बहुत उच्च गुणवत्ता का है, बहुत कम पिन छेद या अंतराल के साथ सतह को सील करता है। - इससे गैप MOSFET को आसानी से बनाया जा सकता है क्योंकि SiO ₂ गेट के लिए इंसुलेटिंग लेयर बनाता है, - SiO ₂ को चिप डिजाइनर फ्रेंड कहा गया है।

2) यह एक बहुत ही कठोर नाइट्राइड बनाता है, Si ₃ N ₄ सिलिकॉन नाइट्राइड एक बहुत ही उच्च बैंडगैप इन्सुलेटर बनाता है जो अभेद्य है। - यह डाई को निष्क्रिय (सील) करने के लिए उपयोग किया जाता है। - इसका उपयोग हार्ड मास्क बनाने और अन्य प्रक्रिया चरणों में भी किया जाता है

3) Si में ~ 1.12 eV का एक बहुत अच्छा बैंडगैप है, बहुत अधिक नहीं है ताकि कमरे का तापमान इसे आयनित न कर सके, और इतना कम नहीं हो कि इसमें उच्च लीकेज करंट हो।

4) यह एक बहुत अच्छी गेट सामग्री बनाता है। वीएलएसआई (नवीनतम पीढ़ियों तक) में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश आधुनिक एफईटी को एमओएसएफईटी कहा गया है लेकिन वास्तविक रूप में सी को गेट सामग्री के रूप में उपयोग किया गया है। यह पता चला है कि सतहों पर गैर-क्रिस्टलीय सी जमा करना बहुत आसान है और यह आसानी से महान परिशुद्धता के लिए etched है।

मूल रूप से Si की सफलता MOSFET की सफलता है, जिसने स्केलिंग और चरम एकीकरण के साथ उद्योग को प्रेरित किया है। मोसफेट अन्य सामग्री प्रणालियों में इतनी आसानी से निर्मित नहीं होते हैं, और आप अन्य सेमीकंडक्टरों में एकीकरण के समान स्तर को नहीं चला सकते हैं।

GeO ₂ - आंशिक रूप से घुलनशील है

GaAs - एक ऑक्साइड नहीं बनाता है

सीओ ₂ - एक गैस है

अर्धचालक का उपयोग किया जाता है क्योंकि चयनात्मक संदूषण (जिसे डोपेंट कहा जाता है) के साथ आप सामग्री और टेलर के संचालन और परिचालन तंत्र के गुणों को नियंत्रित कर सकते हैं।

Comments

en.wikipedia.org/wiki/Semistory_device_fabrication

— sheetansh

यह एक बेहतरीन जवाब है।

— रॉकेटमैग्नेट

+1 लेकिन मुझे यह भी लगता है कि सामग्री की उच्च उपलब्धता और कम लागत एक और अच्छा कारण है।

— केनी

एफईटी का आमतौर पर इस्तेमाल होने से पहले सिलिकॉन पहले से ही प्रमुख अर्धचालक सामग्री थी।

— ओलिन लेथ्रोप

विकल्प की तुलना में सिलिकॉन का एक और लाभ (जैसे GaAs, जो कई वर्षों तक "भविष्य का सेमीकंडक्टर" था) शारीरिक मजबूती है। मुझे जो बताया गया है, यदि आपने 200 मिमी GaAs की वेफर बनाई है, तो यदि आप इसे सिर्फ मज़ेदार देखते हैं, तो यह चकनाचूर होने की संभावना होगी, यह एक कारण है कि GaAs fabs बहुत छोटे (3 "और 4" के साथ अटक गया है? ) वेफर्स, GaAs बना रही है जो Si की तुलना में अधिक अनौपचारिक है।

— फोटॉन

Answer 2

यह समझने के लिए कि सर्किट बनाने के लिए सेमीकंडक्टर क्यों अच्छा है, अपनी समझ से शुरू करें कि यह एक कंडक्टर और एक इन्सुलेटर के बीच में है, और इस तथ्य को जोड़ें कि अशुद्धियां (डोपेंट) और अन्य प्रसंस्करण (ऑक्साइड परतें) अपने व्यवहार को संशोधित करने के लिए भागों को बना सकते हैं। यह बेहतर आचरण करता है, और अन्य भाग बदतर आचरण करते हैं। इस तथ्य में जोड़ें कि विद्युत आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं या प्रतिकर्षित करते हैं (विपरीत आकर्षित होते हैं, जैसे आवेश प्रतिक्षेपक)।

अब एक ऐसे चैनल की कल्पना करें जहां इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह हो सकता है, पास की एक संवाहक परत से अछूता रहता है, जिस पर आप वोल्टेज को नियंत्रित करते हैं। उस परत को नकारात्मक बनाएं, और उसके विद्युत क्षेत्र चैनल में इलेक्ट्रॉनों को पीछे हटाते हैं - यहां तक ​​कि इन्सुलेटर के माध्यम से - उन्हें चैनल में प्रवेश करने से रोकते हैं। इसे सकारात्मक बनाएं और यह -ve टर्मिनल से चैनल में इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है, जहां वे इसके माध्यम से + वी टर्मिनल तक प्रवाह कर सकते हैं। तो आप अछूता परत पर वोल्टेज के साथ धारा के प्रवाह को नियंत्रित कर सकते हैं।

यह एक फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर या FET है। - अछूता परत को गेट कहा जाता है; -ve टर्मिनल को स्रोत कहा जाता है, और + वी टर्मिनल नाली है।

जैसे ही चैनल में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है, इसे एन-चैनल एफईटी (एन फॉर नेगेटिव) कहा जाता है

अन्य उपकरण हैं जो आप अर्धचालक पर बना सकते हैं, समझ की अधिक गहराई के साथ, लेकिन उम्मीद है कि यह मूल सिद्धांत दिखाने के लिए पर्याप्त है।

सिलिकॉन के रूप में क्यों? संभवत: एक दर्जन संभव अर्धचालक सामग्रियों में से, यह विशेष रूप से सुविधाजनक और विश्वसनीय है, साथ ही लगभग रेत के रूप में सस्ता है (जो बहुत सिलिकॉन सिलिकॉन है)