Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur zwischen der eines Leiters und der eines Isolators liegt. So wie Kupferdraht im Alltag ein Leiter und Gummi ein Isolator ist. Hinsichtlich der Leitfähigkeit bezeichnet man bei einem Halbleiter eine steuerbare Leitfähigkeit, die zwischen isolierend und leitend variiert.
In den Anfängen der Halbleitertechnologie spielte nicht Silizium die Hauptrolle, sondern Germanium. Der erste Transistor war ein Germaniumtransistor, und der erste integrierte Schaltkreis war ebenfalls ein Germaniumchip.
Germanium weist jedoch einige gravierende Probleme auf, wie beispielsweise zahlreiche Grenzflächendefekte in Halbleitern, geringe thermische Stabilität und eine unzureichende Oxiddichte. Zudem ist Germanium ein seltenes Element; sein Gehalt in der Erdkruste beträgt lediglich 7 ppm, und die Germaniumvorkommen sind sehr weit verstreut. Gerade diese Seltenheit und die unkonzentrierte Verteilung führen zu hohen Rohstoffkosten. Da Germanium-Transistoren aufgrund der Seltenheit und der hohen Rohstoffkosten nirgendwo günstig sind, gestaltet sich ihre Massenproduktion schwierig.
Die Forscher verlagerten ihren Fokus daher auf Silizium. Man kann sagen, dass alle angeborenen Nachteile von Germanium die angeborenen Vorteile von Silizium sind.
Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element, kommt aber in der Natur kaum vor. Seine häufigsten Verbindungen sind Kieselsäure und Silikate. Kieselsäure ist einer der Hauptbestandteile von Sand. Darüber hinaus basieren Feldspat, Granit, Quarz und andere Gesteine auf Silizium-Sauerstoff-Verbindungen.
2. Silizium besitzt eine gute thermische Stabilität und bildet mit dichtem Siliziumdioxid mit hoher Dielektrizitätskonstante eine Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche mit wenigen Grenzflächendefekten.
3. Siliziumdioxid ist in Wasser unlöslich (Germaniumdioxid ist in Wasser unlöslich) und in den meisten Säuren unlöslich. Dies ist die Grundlage für die Korrosionsdrucktechnologie von Leiterplatten. Das kombinierte Produkt ist das Planarverfahren für integrierte Schaltungen, das bis heute Anwendung findet.
Veröffentlichungsdatum: 31. Juli 2023