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为何半导体芯片选择硅作为材料?

2024-07-14 21:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

目前用来制作芯片的材料基本都是半导体,所谓半导体就是导电性能介于绝缘体和导体之间的材料,比如硅、锗、硫化银等等。

为什么半导体可以用来做芯片呢?主要因为半导体有两个特性特别适合干这个。

第一个特性,半导体具备可整流性。简单理解就是半导体的导电与所加电场方向有关,即它的导电是可以有方向性的。比如,给半导体两端加上正电压,它可能就导电;反之,将它两端所加的电压极性反过来,就不导电。

根据电场方向,可以导电也可以不导电,这就是半导体的“整流效应”。用这个原理可以做成“电子开关”,用来进行“0”和“1”的计数,这就是可以用电路玩二进制了。有了0和1代表的二进制就可以组成庞大的信息了,所谓道生一、一生二 、二生三、三生万物。

半导体的另外一个特性,可掺杂性,让半导体可以做成三极晶体管。

纯净的半导体称为本征半导体,它的导电性能是很弱的,大概一亿个原子才派一个原子贡献一个导电电子。但,若是在半导体中添加一点杂质,大概百万个半导体原子中加入一个杂质原子就能极大程度改变半导体的导电性能。

通过这个杂质掺杂的手段,可以制作PN结。所谓PN结,就是将少量杂质磷或者锑元素掺杂到半导体中形成N型半导体,少量硼或者铟元素掺杂做成P型半导体;再将N型和P型半导体的掺杂区紧密接触,这个交界面就是PN结。

两个PN结可以做成PNP结,PNP结可以做成三极晶体管。三极晶体管可以实现信号的放大、可以用来制作运算放大器,各种能够做加减乘除微分积分等等的放大器凑在一起就能够实现各种运算。

这样,半导体既可以表达二进制,又可以做成能够计算的电路,用来做各种计算、存储芯片是不是很合适呀。

此外,半导体还具备光敏特性和热敏特性,能够用来制作各种传感器芯片。



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