ทำไมซิลิคอนจึงเป็นชิปเซมิคอนดักเตอร์?

เซมิคอนดักเตอร์คือวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องอยู่ระหว่างค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำและฉนวน เช่นเดียวกับลวดทองแดงในชีวิตประจำวัน ลวดอลูมิเนียมเป็นตัวนำ และยางเป็นฉนวน จากมุมมองของการนำไฟฟ้า: เซมิคอนดักเตอร์หมายถึงการนำไฟฟ้าที่ควบคุมได้ ตั้งแต่ฉนวนไปจนถึงตัวนำ

ในช่วงแรก ๆ ของชิปเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนไม่ใช่ผู้เล่นหลัก แต่เป็นเจอร์เมเนียม ทรานซิสเตอร์ตัวแรกเป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้เจอร์เมเนียม และชิปวงจรรวมตัวแรกคือชิปเจอร์เมเนียม

อย่างไรก็ตาม เจอร์เมเนียมมีปัญหาที่ยากมาก เช่น ข้อบกพร่องส่วนต่อประสานในเซมิคอนดักเตอร์ ความเสถียรทางความร้อนต่ำ และออกไซด์ที่มีความหนาแน่นไม่เพียงพอ นอกจากนี้เจอร์เมเนียมยังเป็นองค์ประกอบที่หายาก ปริมาณในเปลือกโลกมีเพียง 7 ส่วนในล้านส่วน และการกระจายตัวของแร่เจอร์เมเนียมก็กระจัดกระจายมากเช่นกัน เป็นเพราะเจอร์เมเนียมหายากมาก การกระจายตัวไม่เข้มข้น ส่งผลให้วัตถุดิบเจอร์เมเนียมมีราคาสูง ของหายาก ต้นทุนวัตถุดิบสูง และทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมก็ไม่ถูกทุกที่ ดังนั้นทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมจึงยากต่อการผลิตจำนวนมาก

ดังนั้น นักวิจัยได้ให้ความสำคัญกับการศึกษาเพิ่มขึ้นหนึ่งระดับ โดยมองไปที่ซิลิคอน อาจกล่าวได้ว่าข้อบกพร่องที่มีมา แต่กำเนิดของเจอร์เมเนียมนั้นเป็นข้อดีที่มีมา แต่กำเนิดของซิลิคอน

1. ซิลิคอนเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองรองจากออกซิเจน แต่คุณแทบจะไม่สามารถพบซิลิคอนในธรรมชาติได้ สารประกอบที่พบมากที่สุดคือซิลิกาและซิลิเกต ซิลิกาเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของทราย นอกจากนี้ เฟลด์สปาร์ หินแกรนิต ควอตซ์ และสารประกอบอื่นๆ ยังมีสารประกอบซิลิคอน-ออกซิเจนเป็นหลัก

2. ความเสถียรทางความร้อนของซิลิคอนนั้นดี โดยมีออกไซด์คงที่ไดอิเล็กทริกที่มีความหนาแน่นสูง สามารถเตรียมส่วนต่อประสานของซิลิกอนซิลิกอนออกไซด์ได้อย่างง่ายดายโดยมีข้อบกพร่องของส่วนต่อประสานเล็กน้อย

3. ซิลิคอนออกไซด์ไม่ละลายในน้ำ (เจอร์เมเนียมออกไซด์ไม่ละลายในน้ำ) และไม่ละลายในกรดส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นเพียงเทคโนโลยีการพิมพ์การกัดกร่อนของแผงวงจรพิมพ์ ผลิตภัณฑ์ที่รวมกันคือกระบวนการระนาบวงจรรวมที่ดำเนินมาจนถึงทุกวันนี้