Как и любая производственная отрасль, сектор электроники постоянно развивается. В настоящее время одной из крупнейших тенденций является миниатюризация, поскольку спрос на более мелкие и легкие компоненты растет, особенно на рынке печатных плат. Полупроводниковая технология также уменьшилась в размерах, что привело к миниатюризации и интеграции схем. Теперь, за исключением катушек индуктивности и нескольких пассивных компонентов, большинство электронных устройств можно производить на одном кремниевом чипе.
Кремний является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым для производства микросхем или интегральных схем (ИС), хотя и не единственным. Давайте рассмотрим различные полупроводниковые материалы, используемые в производстве микросхем, и выясним, почему кремний по-прежнему доминирует в полупроводниковой промышленности.
Твердотельные устройства построены с использованием полупроводникового материала, через который может проходить электричество. Полупроводники имеют электропроводность (от 10-7 до 10-13 МО/м). Полупроводниковые материалы представляют собой либо монокристаллы, либо соединения. Примеры монокристаллических полупроводников:
- Кремний (Si)
- Германий (Ge)
Примеры сложных полупроводников:
- Арсенид галлия (GaAs)
- Нитрид галлия (GaN)
- Арсенид-фосфид галлия (GaAsP)
- Сульфид кадмия (CdS)
- Сульфид свинца (PbS)
- Карбид кремния (SiC)
Первоначально полупроводниковые устройства производились с использованием германия, но его сильная температурная чувствительность была недостатком. По мере совершенствования технологий производства использование кремния постепенно становилось популярным из-за его термической стабильности и доступности. По мере того как фокус электроники перешел от переключения и управления к вычислениям и связи, спрос на высокоскоростные устройства увеличился. В результате арсенид галлия считался идеальным, поскольку он обеспечивает скорость транзистора в пять раз выше, чем у кремния. Кремний остается наиболее широко используемым полупроводниковым материалом, однако арсенид германия используется исключительно для высокоскоростных проектов очень крупномасштабной интеграции (СБИС). Германий также до сих пор используется в определенных целях. Это трио – кремний, германий и арсенид галлия – является наиболее часто используемыми полупроводниковыми материалами. Другие по-прежнему можно использовать, но только для определенных сборок или целей.
Кремниевые пластины по-прежнему являются наиболее часто используемым материалом для производства микросхем. Для этого есть три основные причины.
Кремния много, и его легко получить. Более того, за последние пару десятилетий процесс очистки кремния значительно улучшился, поэтому стало возможным получать собственный кремний с чрезвычайно высоким уровнем чистоты по сравнению с другими полупроводниковыми материалами.
Современные электронные приложения основаны на вычислениях и коммуникации, а не на переключении и управлении. Эти приложения требуют, чтобы схема была термически стабильной, а это означает, что кремний (с шириной запрещенной зоны 1,14 эВ) идеально подходит, особенно по сравнению с другими составными полупроводниками.
У кремния есть история. Первый кремниевый транзистор был разработан в 1954 году, поэтому разработчики микросхем знакомы с ним и на протяжении многих лет разрабатывали высокоэффективные конструкции микросхем и кремниевые цепи. Именно поэтому разработка интегральной схемы на кремниевой подложке экономически выгоднее, чем на любом другом полупроводниковом материале.
В конечном итоге арсенид галлия может полностью заменить кремний и в настоящее время служит альтернативой конструкциям СБИС. GaAs обеспечивает в пять раз большую скорость, чем кремниевые схемы, поэтому по мере роста спроса на высокоскоростные схемы они могут стать более привлекательными. Это особенно актуально по мере развития технологий и сетевых конструкций, а если прошлое является показателем будущего, то это лишь вопрос времени.
© digitrode.ru