چرا از سیلیکون برای تراشه های کامپیوتری استفاده می شود؟

در طول دهه 50، دنیای فناوری یک شریک قابل اعتماد در سیلیکون پیدا کرد.

بیایید بگوییم که به لطف سیلیکون به جای داشتن رایانه هایی به اندازه اتاق، لپ تاپ هایی داریم که می توانیم همه جا ببریم. این ماده دلیلی برای پشت سر گذاشتن طراحی مدار قدیمی، کوچک کردن آن، سریع‌تر و مقرون به صرفه‌تر کردن آن برای همه بود.

بله، توسعه مدار مجتمع (IC) با تنظیم مدارهای الکترونیکی مختلف یک کامپیوتر فقط بر روی یک قطعه از مواد نیمه رسانا به نام “تراشه” وضعیت را بهبود بخشید. آی سی لوله های خلاء قدیمی و شکننده را پشت سر گذاشت و اندازه رایانه ها را کاهش داد و امکان تولید انبوه آنها را فراهم کرد.

سیلیکون چیست؟
در جدول تناوبی، این عنصر شیمیایی متعلق به گروه کربن است که شامل کربن، ژرمانیوم، قلع، سرب و فلروویوم است. این عنصر که به عنوان “Si” شناخته می شود، هشتمین عنصر فراوان در جهان به دلیل وزنش است. و اگر فقط در مورد سیاره خود صحبت کنیم، 28.2 درصد از پوسته زمین حاوی سیلیکون است. بنابراین ذخیره سازی جامد از مواد “در خانه!”

سیلیکون یک متالوئید است، بنابراین دارای برخی ویژگی های فلزی است. با این حال، یک فلز واقعی نیست. و در اینجا ما ارتباط آن را برای صنعت کامپیوتر پیدا می کنیم. این نیمه هادی خوبی است بنابراین اجازه می دهد الکتریسیته از آن عبور کند، اما برخلاف فلزات می توانید به راحتی جریان را کنترل کنید.

به عبارت دیگر، یک فلز به طور طبیعی الکترون ها را هدایت می کند و با توجه به نیازهای مختلف، خاموش کردن این خاصیت دشوار است. یک ماده عایق درست مانند پلاستیک یا چوب اجازه نمی دهد برق از آنها عبور کند. در همین حال، یک نیمه رسانا به الکتریسیته اجازه عبور می دهد و در عین حال به عنوان عایق کار می کند.

سایر مزایای سیلیکون
سیلیکون به دلیل فراوانی بسیار ارزان است و تصفیه آن چندان سخت نیست. همچنین در طیف وسیعی از دماها به خوبی کار می کند و می توانید آن را از نظر شیمیایی تغییر دهید تا خواص الکتریکی آن را تغییر دهید. به این ترتیب، آنقدر برق مورد نیاز شما را برطرف می کند.

به عنوان مثال، این امکان را فراهم می کند که از حالت “خاموش” به حالت “روشن” و بالعکس در دمای معمولی عبور کند، یا اجازه دهد الکتریسیته به طور انتخابی از ترانزیستورهای خاص عبور کند، بدون اینکه مدارها بسوزند. علاوه بر این، می‌توانید از یک ماده برای طراحی اجزای مختلف در یک دستگاه استفاده کنید.

به طور خلاصه، به همین دلیل است که سیلیکون برای استفاده از تراشه های کامپیوتری ایده آل شد. ترانزیستورهای کوچک اضافی در CPU های ما به مناطق عایق برای کنترل و هدایت دقیق جریان الکتریسیته نیاز دارند.

آینده سیلیکون
این ماده قبلاً جایگاه مهمی در تاریخ پیشرفت فناوری دارد، اما توسعه متوقف نشده است. پردازنده‌های با کارایی بالا که در آن الکترون‌ها حتی سریع‌تر از سیلیکون حرکت می‌کنند، طراحی می‌شوند.

از سوی دیگر، ترانزیستورها هر روز کوچک‌تر می‌شوند تا تراشه‌ها قدرتمندتر و کارآمدتر شوند. سیلیکون تا جایی که خواص شیمیایی آن اجازه می دهد مفید خواهد بود.

برای قرار دادن این موضوع، اکنون که شرکت‌ها از تراشه‌های نانومتری استفاده می‌کنند، سیلیکون نمی‌تواند این نیازها را برآورده کند و به برخی مواد دیگر نیاز خواهد بود. یا چه کسی می‌داند، به زودی می‌توانیم ترکیبی از سیلیکون با عناصر دیگر داشته باشیم تا به نوعی به پیشرفت بزرگی دست یابیم.

مسیر طراحی مدار لوله خلاء تا عصر مینیاتوری-مدرن-ترانزیستور با سیلیکون ساخته شده است، اما بیایید ببینیم که چگونه مواد فناوری کامپیوتر آینده را دوباره شکل خواهند داد.

لینک اصلی