Siliziumchips werden in Computern verwendet, da Silizium eine einzigartige Kombination von Eigenschaften besitzt, die es ideal für die Erstellung von Transistoren und integrierten Schaltungen (ICs), den grundlegenden Bausteinen moderner Computer, eignen:
* Häufigkeit und Kostenwirksamkeit: Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und macht es unglaublich günstig, zu erhalten und zu verarbeiten. Diese niedrigen Kosten sind entscheidend, um die Milliarden von Transistoren zu produzieren, die auch für einen einfachen Computerchip benötigt werden.
* Semiconductor -Eigenschaften: Silizium ist ein Halbleiter, was bedeutet, dass seine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem eines Leiters (wie Kupfer) und einem Isolator (wie Gummi) liegt. Diese Eigenschaft ermöglicht es, leicht als Schalter (ein- oder ausgeschaltet) zu fungieren, was die Grundlage eines Transistors ist. Durch die genaue Kontrolle der Menge an Verunreinigungen (Doping) im Silizium können wir Regionen erstellen, die Elektrizitätsbrunnen (N-Typ) und Regionen leiten, die schlecht leiten (P-Typ). Die Wechselwirkung dieser Regionen bildet die Grundlage für die Schaltwirkung des Transistors.
* einfach herzustellen: Silizium kann auf extrem hohe Werte gereinigt werden, was ein sehr konsistentes Material erzeugt, das für eine zuverlässige Chipherstellung unerlässlich ist. Mit raffinierten Techniken wie der Photolithographie können Hersteller unglaublich feine Muster auf Siliziumwaffeln ätzen und Milliarden von Transistoren in einem winzigen Raum schaffen.
* Gute thermische Leitfähigkeit: Silizium hat eine angemessene thermische Leitfähigkeit, was bedeutet, dass es durch den Betrieb der Milliarden Transistoren die Wärme abgeleitet hat. Diese Eigenschaft ist zwar immer noch eine bedeutende Herausforderung, ist entscheidend, um Überhitzung und Chipversagen zu verhindern.
* Isoliereigenschaften (Siliziumdioxid): Wenn Silizium Sauerstoff ausgesetzt ist, bildet es Siliziumdioxid (SiO2), einen natürlich vorkommenden hervorragenden Isolator. Dies ist entscheidend für die Erzeugung der isolierenden Schichten zwischen Transistoren und anderen Komponenten auf dem Chip, wodurch Kurzstrecken verhindert werden.
Während andere Materialien für spezielle Anwendungen (wie Galliumnitrid für die Stromeelektronik) untersucht werden, ist die Kombination aus Häufigkeit, Kostenwirksamkeit, Halbleitereigenschaften, Herstellbarkeit und thermischer Leitfähigkeit das dominierende Material für Computer-Chips heute.
