Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur zwischen der eines Leiters und der eines Isolators liegt. Wie Kupferdraht im Alltag ist Aluminiumdraht ein Leiter und Gummi ein Isolator. Aus Sicht der Leitfähigkeit: Halbleiter bezieht sich auf eine steuerbare Leitfähigkeit, die vom Isolator bis zum Leiter reicht.
In den Anfängen der Halbleiterchips war nicht Silizium der Hauptakteur, sondern Germanium. Der erste Transistor war ein Germanium-basierter Transistor und der erste integrierte Schaltkreis-Chip war ein Germanium-Chip.
Germanium weist jedoch einige sehr schwierige Probleme auf, wie z. B. viele Grenzflächendefekte in Halbleitern, schlechte thermische Stabilität und unzureichende Oxiddichte. Darüber hinaus ist Germanium ein seltenes Element, der Gehalt in der Erdkruste beträgt nur 7 Teile pro Million und auch die Verteilung von Germaniumerz ist sehr verstreut. Gerade weil Germanium sehr selten ist, ist die Verteilung nicht konzentriert, was zu hohen Kosten für Germanium-Rohstoffe führt; Die Dinge sind selten, die Rohstoffkosten sind hoch und Germaniumtransistoren sind nirgendwo billig, sodass es schwierig ist, Germaniumtransistoren in Massenproduktion herzustellen.
Also, so die Forscher, sprang der Schwerpunkt der Studie um eine Ebene nach oben und betrachtete Silizium. Man kann sagen, dass alle angeborenen Nachteile von Germanium die angeborenen Vorteile von Silizium sind.
1, Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element, aber in der Natur kommt Silizium kaum vor, seine häufigsten Verbindungen sind Kieselsäure und Silikate. Kieselsäure ist einer der Hauptbestandteile von Sand. Darüber hinaus basieren Feldspat, Granit, Quarz und andere Verbindungen auf Silizium-Sauerstoff-Verbindungen.
2. Die thermische Stabilität von Silizium ist gut, mit einem dichten Oxid mit hoher Dielektrizitätskonstante kann leicht eine Silizium-Siliziumoxid-Grenzfläche mit wenigen Grenzflächendefekten hergestellt werden.
3. Siliziumoxid ist in Wasser unlöslich (Germaniumoxid ist in Wasser unlöslich) und in den meisten Säuren unlöslich, was lediglich auf die Korrosionsdrucktechnologie von Leiterplatten zurückzuführen ist. Das kombinierte Produkt ist der Planarprozess für integrierte Schaltkreise, der bis heute andauert.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. Juli 2023