Dab tsi yog Cov Semiconductor Feem Ntau? Zaj Dab Neeg Tom Qab Silicon's Stranglehold Ntawm Niaj Hnub Electronics

Taug kev mus rau hauv ib lub chaw kuaj hluav taws xob thiab nug cov khoom twg ua rau cov kws ua haujlwm ua haujlwm, thiab koj yuav hnov ​​​​ib lo lus txhua zaus. Silicon. Nws yog cov lus teb ntev heev uas cov lus nug NW nyuam qhuav tau nug ntxiv lawm. Tag nrho ib cheeb tsam ntawm California yog nws lub npe. Cov tuam txhab loj tshaj plaws hauv ntiaj teb tau tsim los ntawm nws, lus thiab nyiaj txiag. Tab sis silicon tsis tuaj txog ntawm txoj haujlwm no vim tias ib tus neeg txiav txim siab tias nws yog qhov zoo tshaj plaws semiconductor xav tau. Nws tau txais qhov ntawd los ntawm kev sib xyaw ua ke ntawm cov tshuaj lom neeg zoo, lub sijhawm muaj hmoo, thiab hom kev lag luam muaj zog uas yuav luag tsis tuaj yeem thim rov qab thaum nws mus.

 

 

Semiconductor

 

Nws tsis tau pib nrog Silicon

Thawj transistor tsis yog ua los ntawm silicon. Thaum Bardeen thiab Brattain pom lawv cov cuab yeej ntawm Tswb Labs thaum Lub Kaum Ob Hlis 1947, cov khoom siv hauv qab lawv cov kub hu yog germanium. Muaj qhov laj thawj zoo rau qhov no. Germanium tau yooj yim dua rau kev ua kom huv mus rau theem uas yuav tsum tau ua haujlwm semiconductor thaum ntxov, thiab cov khoom siv hluav taws xob txav mus los ntawm nws yooj yim dua li ntawm silicon ntawm cov kws tshawb fawb tau siv. Yog tias koj tau ua ib tus kws kho mob hauv xyoo 1950 tso thawj koom ruam ntawm cov khoom siv twg yuav los tswj hwm kev lag luam hluav taws xob, germanium yuav tsis yog qhov kev xaiv tsis tsim nyog.

Nws poob lawm. Thiab txoj kev uas nws ploj mus hais tias ib yam dab tsi tseem ceeb txog yuav ua li cas technology tiag tiag txhim kho, uas yog tsis tshua muaj raws txoj kev uas zoo li feem ntau cog lus thaum pib.

Germanium qhov ua rau tuag taus yog thermal. Nws lub bandgap zaum ntawm 0.67 electron volts, nqaim txaus uas nce qhov kub thiab txias ua rau cov cuab yeej xau tam sim no hauv txoj kev engineers tsis tuaj yeem tswj tau yooj yim. Muab cov germanium transistor tso rau hauv ib qho khoom siv tub rog, lossis ze ntawm lub tshuab nqus tsev sov, lossis tsuas yog hauv ib lub cuab yeej uas tau khiav mus rau ib teev, thiab nws tus cwj pwm yuav hloov. Qhov kev tsis pom zoo ntawd yog qhov ua tau ntev hauv chav kuaj. Nws tsis zam rau hauv ib qho khoom.

 

Ib txheej ntawm iav uas hloov chaw tsim khoom

Silicon muaj bandgap ntawm 1.1 electron volts, uas muab nws lub ntsiab lus zoo dua thermal stability. Cov cuab yeej tsim los ntawm silicon tuaj yeem khiav kev ntseeg siab ntawm qhov kub thiab txias uas ua rau germanium ua tsis zoo. Qhov ntawd ib leeg yuav tau txaus los qhia qhov sib npaug. Tab sis silicon muaj qhov txiaj ntsig thib ob uas tsis muaj leej twg tau xav txog tag nrho, thiab nws tau dhau los ua qhov teeb meem ntau dua li lwm yam.

Thaum silicon raug rau oxygen, nws loj hlob ib txheej nyias, tawv, tsis sib xws ntawm silicon dioxide ntawm nws qhov chaw. Silicon dioxide yog hluav taws xob rwb thaiv tsev, tshuaj lom neeg ruaj khov, thiab kev sib raug zoo rau cov silicon hauv qab nws nrog qhov sib xws uas tuaj yeem tswj tau thiab rov ua dua thoob plaws tag nrho wafer. Thaum cov engineers nyob rau xyoo 1950s tau ua haujlwm los tsim cov transistors rau ntawm qhov chaw tiaj tus thiab xaim lawv ua ke nrog cov hlau tso, cov txheej txheem oxide tau dhau los ua cov khoom tseem ceeb. Nws tau txais kev pab raws li insulating barrier ntawm cov khoom. Koj tuaj yeem loj hlob nws thermally, etch qhov rais los ntawm nws nrog cov kua qaub, tso cov txheej tshiab rau saum nws, thiab ua txhua yam no nrog qhov tseeb txaus los txhais cov yam ntxwv uas lub qhov muag tsis pom.

Germanium tsis muaj oxide. Germanium dioxide dissolves nyob rau hauv dej thiab poob sib nrug ntawm qhov kub thiab txias uas semiconductor ua yuav tsum tau. Qhov no tsis yog ib qho teeb meem daws tau nrog kev ua haujlwm zoo dua. Nws yog cov cuab yeej cuab tam, thiab nws muaj txiaj ntsig tsis tsim nyog germanium los ntawm kev tsim cov txheej txheem kev lag luam tau sib koom ua ke.

Silicon yeej tsis yog vim li cas nws yog, tab sis vim nws tau ua hauv ib puag ncig kev tsim khoom. Cov txheej txheem planar xav tau cov khoom siv nrog qhov ruaj khov, loj hlob oxide. Silicon muaj ib qho. Txhua yam ua raws li ntawd.

 

Cuaj caum feem pua ​​​​ntawm Lub Ntiaj Teb Wafers Zoo li

Silicon tam sim no tso nyiaj rau ntau tshaj li cuaj caum feem pua ​​​​ntawm tag nrho cov semiconductor wafers tsim thoob ntiaj teb. Nws yog lub substrate rau cov processors nyob rau hauv koj lub laptop, lub cim xeeb nyob rau hauv koj lub xov tooj, cov duab sensor nyob rau hauv koj lub koob yees duab, lub hwj chim transistors nyob rau hauv koj lub tub yees lub compressor maub los, thiab lub hnub ci hlwb mus rau ib tug zuj zus ntawm lub ru tsev. Qhov dav ntawm nws lub xub ntiag yog nyuaj rau overstate.

Ib feem ntawm qhov txhawb nqa qhov no yog sheer industrial scale. Niaj hnub nimno silicon wafer fabrication nroj tsuag raug nqi ib ncig ntawm kaum thiab nees nkaum billion dollars los tsim, thiab txhua lub cuab tam nyob rau hauv nws, txhua yam tshuaj, txhua txoj kev tswj kom zoo, tau tsim thiab refined ntau xyoo lawm nrog silicon tshwj xeeb hauv siab. Cov photoresists yog formulated rau silicon. Cov etch chemistry yog tuned rau silicon. Cov engineers paub silicon.

Dab tsi feem ntau cov neeg sab nraud kev lag luam tsis xav txog yog qhov kev txhawb nqa kev txhawb nqa uas ua rau muaj kev ua haujlwm zoo. Kev tsim khoom semiconductor nyob ntawm qhov tsis muaj kev cuam tshuam ntawm cov dej ntshiab huv, cov txheej txheem gases, thiab cov tshuaj lom neeg etchants txav los ntawm kev tswj xyuas kom zoo. Txhua txoj hauv kev ua kua dej hauv fab, los ntawm cov dej deionized uas yaug wafers ntawm cov kauj ruam mus rau cov kab nqa hydrofluoric acid rau oxide tshem tawm, yuav tsum muaj cov khoom siv uas tuaj yeem tswj cov xov xwm corrosive yam tsis muaj kab mob. Astainless hlau pob valveyog ib qho ntawm cov ntsiab lus tswj ntau tshaj plaws hauv cov tshuab no, siv los cais cov kab, tswj cov dej ntws, thiab tso cai rau kev saib xyuas yam tsis tau kaw tag nrho lub voj voog. Cov qauv kev huv huv siv rau cov li qub hauv ib puag ncig semiconductor yog qhov xav tau ntau dua li ntawm lwm qhov kev lag luam, vim tias txawm tias cov kab hlau tsis huv los ntawm cov khoom siv tsis zoo tuaj yeem ua rau tag nrho wafer batch. Vim li no, fab engineers kho cov kev xaiv ntawm txhua stainless hlau pob valve nyob rau hauv ib tug tshuaj xa system nrog rau tib yam hnyav lawv coj mus rau cov txheej txheem txheej txheem, tshuaj xyuas cov ntaub ntawv pov thawj, nto tiav cov qauv, thiab extractable paug theem ua ntej ib tug tib valve tau nruab rau ntawm kab.

Qhov no yog txheej txheej ntawm kev lag luam uas tsis tshua muaj tshwm sim nyob rau hauv kev them nyiaj ntawm chips thiab fabrication, tab sis nws yog ib qho tseem ceeb raws li lub lithography tshuab lawv tus kheej. Thaum tib neeg tham txog cov khoom siv hluav taws xob semiconductor yog qhov nyuaj rau kev rov ua dua lossis hloov chaw, lawv tab tom tham ib nrab txog qhov no: qhov tshwj xeeb ntawm txhua yam khoom siv hauv cov txheej txheem, nqes mus rau cov fittings thiab ntws tswj cov khoom siv hauv cov khoom siv tshuaj.

 

LEATTEK 2PC Stainless Hlau Pob Valve

 

Cov chaw Silicon khiav tawm ntawm txoj kev

Silicon muaj qhov txwv tiag tiag, thiab hauv qee qhov kev siv cov kev txwv no tau tso tseg tsis muaj kev txhawj xeeb theoretical thiab pib ua teeb meem engineering tiag tiag.

Gallium nitride muaj bandgap ntawm 3.4 electron volts, ntau tshaj peb zaug silicon's. Qhov kev sib txawv ntawd tso cai rau GaN transistors thaiv cov hluav taws xob ntau dua, hloov ntawm cov zaus ntau dua, thiab cov cua sov dissipate zoo dua li cov khoom siv silicon ntawm qhov sib piv. Lub chargers ceev uas xa nrog lub xov tooj smartphones thiab laptops tam sim no siv GaN fais fab transistors ntau dua li cov silicon, uas yog vim li cas lawv tuaj yeem haum rau caum lossis ib puas watts ntawm lub peev xwm them nyiaj rau qee yam me me kom tsis nco qab hauv lub hnab tsho. Silicon yuav xav tau ib lub cev loj dua los ua tib txoj haujlwm ntawm tib yam kev ua haujlwm. GaN amplifiers kuj tseem yog lub hauv paus rau 5G hauv paus chaw nres tsheb infrastructure, qhov twg silicon zaus txwv dhau los ua lub qab nthab nyuaj dua li cov lus qhia muag muag.

Silicon carbide plays lub luag haujlwm zoo sib xws ntawm cov hluav taws xob ntau dua, tshwj xeeb tshaj yog qhov kev tshem tawm cua sov yog qhov txwv tsis pub. Nws cov thermal conductivity yog kwv yees li peb npaug ntawm silicon, uas yog qhov tseem ceeb thaum koj khiav ntau pua kilowatts los ntawm lub inverter ntawm lub tsheb fais fab. Ntau lub tuam txhab loj tau hloov lawv cov traction inverters los ntawm silicon IGBTs mus rau silicon carbide modules, thiab qhov kev ua tau zoo tau ua tiav txaus los qhia hauv cov duab tsav tsheb.

Tshaj li ob qho no muaj cov ntaub ntawv uas ua rau muaj kev txaus siab rau kev tshawb fawb tab sis tseem tsis tau hla mus rau hauv kev tsim khoom loj. Gallium oxide muaj ib lub bandgap mus txog tsib electron volts thiab theoretical breakdown yam ntxwv uas yuav ua rau nws pab tau nyob rau hauv high voltage daim ntawv thov, tab sis cov cuab yeej rau kev loj hlob tsis xws luag - dawb wafers ntawm scale yog tseem ua hauj lwm tawm. Graphene lub electron txav mus los yog theoretically nyob ib ncig ntawm ob puas txhiab square centimeters ib volt -thib ob, ib tug xov tooj uas dwarfs silicon lub kaum plaub puas, thiab cov kws tshawb fawb tau taw qhia rau tus lej ntawd rau qhov zoo dua ntawm nees nkaum xyoo thaum lub tswv yim graphene transistors uas yeej sib tw nrog silicon nyob rau hauv ib tug tiag tiag Circuit Court tseem tsis tau ncav cuag.

 

Txoj Haujlwm Ncaj Ncees

Silicon yog cov khoom siv hluav taws xob ntau tshaj plaws, thiab nws yuav nyob twj ywm ntev dua li feem ntau ntawm cov neeg tam sim no ua haujlwm hauv kev lag luam yuav nyob ib puag ncig pom. GaN thiab SiC tsis hloov silicon dav. Lawv tau yeej qhov chaw tshwj xeeb ntawm kev ua lag luam uas silicon lub physics tau tiag tiag nres tsis txaus, thiab silicon tab tom txiav cov ces kaum yam tsis muaj kev sib ntaus ntau vim tias kev lag luam muaj hloov tawm tsam nws.

Qhov hloov pauv tiag tiag yog qee yam hloov maj mam. Rau feem ntau ntawm keeb kwm ntawm kev lag luam semiconductor, silicon tsis yog cov khoom siv ntau tshaj plaws. Nws yog cov khoom siv, lub ntsiab lus pib rau kev sib tham tsim, lub neej ntawd koj tsuas yog tawm ntawm thaum koj muaj qhov laj thawj tsis zoo rau. Qhov kev xav ntawd yog loosening ntawm ntug. Tsis txhob plam, tsis raug overthrown, tsuas yog loosening. Feem ntau cov semiconductor tseem yog silicon. Cov lus nug nthuav dav tshaj plaws hauv cov ntaub ntawv semiconductor tam sim no yog qhov twg silicon nres ua cov lus teb pom tseeb, thiab dab tsi ua rau qhov chaw nws tawm tom qab.