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芯片只能用硅制造嗎

發(fā)布時間：2023-05-29 03:20:08 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 92

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本文目錄:

芯片是什么材料
芯片的主要材料是硅嗎
芯片是什么材料做的
為何芯片要用硅作為半導(dǎo)體材料，怎么不用其他的？

芯片只能用硅制造嗎

芯片是什么材料

芯片的主要材料是硅。

芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，電路制造在半導(dǎo)體芯片表面上的集成電路又稱薄膜集成電路。另有一種厚膜集成電路是由獨立半導(dǎo)體設(shè)備和被動組件，集成到襯底或線路板所構(gòu)成的小型化電路。

從1949年到1957年，維爾納·雅各比、杰弗里·杜默、西德尼·達(dá)林頓、樽井康夫都開發(fā)了原型，但現(xiàn)代集成電路是由杰克·基爾比在1958年發(fā)明的。其因此榮獲2000年諾貝爾物理獎，但同時間也發(fā)展出近代實用的集成電路的羅伯特·諾伊斯，卻早于1990年就過世。

芯片的分類

集成電路的分類方法很多，依照電路屬模擬或數(shù)字，可以分為：模擬集成電路、數(shù)字集成電路和混合信號集成電路。

數(shù)字集成電路可以包含任何東西，在幾平方毫米上有從幾千到百萬的邏輯門、觸發(fā)器、多任務(wù)器和其他電路。這些電路的小尺寸使得與板級集成相比，有更高速度，更低功耗（參見低功耗設(shè)計）并降低了制造成本。這些數(shù)字IC，以微處理器、數(shù)字信號處理器和微控制器為代表，工作中使用二進(jìn)制，處理1和0信號。

模擬集成電路有，例如傳感器、電源控制電路和運(yùn)放，處理模擬信號。完成放大、濾波、解調(diào)、混頻的功能等。通過使用專家所設(shè)計、具有良好特性的模擬集成電路，減輕了電路設(shè)計師的重?fù)?dān)，不需凡事再由基礎(chǔ)的一個個晶體管處設(shè)計起。

芯片的主要材料是硅嗎

芯片的主要材料是硅。

芯片原材料主要是硅，稀土也是芯片制作的一種重要的戰(zhàn)略金屬資源，氮化鎵是第三代半導(dǎo)體的關(guān)鍵材料，硅錠經(jīng)過橫行切割后就得到了晶圓。

制作芯片第一步需要在沙子里面提煉出硅，硅原子中最多只有一個雜質(zhì)原子。然后把光刻好的額材料中注入離子，把晶圓經(jīng)過拋光之后就可以在上面涂上光刻膠，最后把芯片的電路布局打印出來。

使用硅的原因

“這主要是因為，硅的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，具有優(yōu)異的半導(dǎo)體特性；其次，硅的儲量極為豐富，在地殼中的豐度高達(dá)27.72%?！北本├砉ご髮W(xué)材料學(xué)院副研究員常帥在接受科技日報記者采訪時表示，此外如今單晶硅制取技術(shù)十分成熟，相關(guān)的基于硅片的半導(dǎo)體制造工藝如摻雜、光刻等也已普及，制造成本相對可控。

芯片只能用硅制造嗎

芯片是什么材料做的

單晶硅。

芯片原材料主要是單晶硅,硅的性質(zhì)是可以做半導(dǎo)體,高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料,因此芯片是半導(dǎo)體。而半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于絕緣體與導(dǎo)體之間的材料,也就在使用的過程中有時傳電、有時不傳電。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等,而硅則是各種半導(dǎo)體材料中,在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。

發(fā)展。

晶體管發(fā)明并大量生產(chǎn)之后，各式固態(tài)半導(dǎo)體組件如二極管、晶體管等大量使用，取代了真空管在電路中的功能與角色。到了20世紀(jì)中后期半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)步，使得集成電路成為可能。相對于手工組裝電路使用個別的分立電子組件，集成電路可以把很大數(shù)量的微晶體管集成到一個小芯片，是一個巨大的進(jìn)步。

集成電路的規(guī)模生產(chǎn)能力，可靠性，電路設(shè)計的模塊化方法確保了快速采用標(biāo)準(zhǔn)化集成電路代替了設(shè)計使用離散晶體管。

集成電路對于離散晶體管有兩個主要優(yōu)勢：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的組件通過照相平版技術(shù)，作為一個單位印刷，而不是在一個時間只制作一個晶體管。性能高是由于組件快速開關(guān)，消耗更低能量，因為組件很小且彼此靠近。2006年，芯片面積從幾平方毫米到350 mm²，每mm²可以達(dá)到一百萬個晶體管。

為何芯片要用硅作為半導(dǎo)體材料，怎么不用其他的？

理論上所有半導(dǎo)體都可以作為芯片材料，但是硅的性質(zhì)穩(wěn)定、容易提純、儲存量巨大等等性質(zhì)，是所有半導(dǎo)體材料中，最適合做芯片的。

在晶體管（二極管、三極管等等）未發(fā)明之前，初期電子計算機(jī)使用的是電子管，但是電子管體積巨大、功耗高、壽命短；人類第一臺電子計算機(jī)使用18000個電子管，重30噸，占地150平方米，耗電功率高達(dá)150千瓦，但是其運(yùn)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上如今的一臺掌上計算機(jī)。

后來科學(xué)家發(fā)明了晶體管，晶體管功耗低、體積小且壽命長，最早的晶體管是使用半導(dǎo)體材料鍺來制作的，從此微電子出現(xiàn)在人們視野當(dāng)中。

晶體管可以簡單地理解為一種微型的開關(guān)，根據(jù)不同的組合設(shè)計，具有整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓等等功能；制作晶體管的關(guān)鍵就是半導(dǎo)體材料，因為半導(dǎo)體材料一般具有特殊性質(zhì)，比如硅摻入磷元素可以形成N型半導(dǎo)體，摻入硼元素可以形成P型半導(dǎo)體。

我們把N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體進(jìn)行組合，可以形成PN結(jié)，這是電子芯片當(dāng)中的重要結(jié)構(gòu)，我們把各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，就可以完成特定的邏輯運(yùn)算（比如與門、或門、非門等等）。

理論上，所有的半導(dǎo)體材料都可以作為芯片材料，但是芯片對材料的要求極高，所以真正適合做芯片的半導(dǎo)體材料并不多，比如硅、鍺、碳化硅、氮化鎵等等。

其中硅因為擁有眾多優(yōu)良特性，使得硅成為芯片的主要材料：

（1）硅元素的含量巨大，地球元素中僅次于氧元素（地球元素含量排行：氧>硅>鋁>鐵>鈣>鈉>鉀……）。

（2）硅元素提純技術(shù)成熟，制作成本低，最初晶體管使用鍺作為芯片材料，是因為當(dāng)初硅元素的提純技術(shù)不成熟，如今硅的提純可以達(dá)到99.999999999%。

（3）硅元素的性質(zhì)穩(wěn)定，包括化學(xué)性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)，比如鍺做成晶體管，當(dāng)溫度達(dá)到75℃以上時，其導(dǎo)電率有較大變化，而且做成PN結(jié)后鍺的反向漏電流比硅大，這對芯片的穩(wěn)定性非常不利。

（4）硅本身是無毒無害的物質(zhì)，我們常見的很多石頭都含有二氧化硅（SiO2）。

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