Lys på silicium bedre end kobber?

Siliciumbaseret elektronik har i årtier overgået deres kobber-modstykker med hensyn til omskiftningshastigheder, strømforbrug og omkostningseffektivitet i årtier, hvilket har ført til deres udbredte anvendelse i teknologiindustrien. Mens kobber har overlegen ledningsevne og understøtter højere strømtætheder, bliver disse fordele kompromitteret, da dimensionerne af transistorer krymper til nanometerskalaen i moderne integrerede kredsløb (IC'er).

Transistorer fungerer som kontakter, der styrer strømmen af ​​elektriske signaler i elektroniske enheder, og deres ydeevne afhænger i høj grad af materialeegenskaber og enhedsarkitektur. Siliciumbaserede transistorer kan fremstilles med bedre præcision, hvilket giver mulighed for mindre funktionsstørrelser og højere transistortætheder. Dette fører til forbedrede koblingshastigheder og reduceret strømforbrug, afgørende faktorer for effektiv enhedsdrift og batterilevetid i bærbar elektronik.

Her er en sammenligning af de vigtigste egenskaber ved silicium og kobber til elektroniske applikationer:

1. Mobilitet :Dette refererer til den lethed, hvormed elektroner bevæger sig gennem materialet, når et elektrisk felt påføres. Silicium har en højere elektronmobilitet end kobber ved stuetemperatur, hvilket muliggør hurtigere ladningstransport og omskiftningshastigheder i elektroniske enheder.

2. Båndgap :Båndgabet i halvledere som silicium repræsenterer energiforskellen mellem valens- og ledningsbåndene. I silicium er båndgabet større sammenlignet med kobber, hvilket betyder, at der kræves mere energi for elektroner at hoppe ind i ledningsbåndet og bidrage til elektrisk ledningsevne. Dette bidrager til lavere strømforbrug i siliciumbaserede enheder på grund af reducerede lækstrømme.

3. Behandling og kompatibilitet :Silicium er blevet grundigt undersøgt, udviklet og raffineret i årtier, hvilket har resulteret i avancerede fremstillingsprocesser og industriinfrastruktur. Den er kompatibel med flere materialer og fremstillingsteknikker, hvilket muliggør integration af siliciumbaserede transistorer med andre væsentlige kredsløbselementer på samme chip, såsom kondensatorer, modstande og sammenkoblinger. Kobber giver på den anden side udfordringer med hensyn til fremstilling og integration med andre materialer, hvilket gør det mindre velegnet til avancerede IC-teknologier.

4. Omkostningseffektivitet :Siliciumbaseret halvlederfremstilling er blevet veletableret og optimeret til masseproduktion, hvilket gør det til en omkostningseffektiv mulighed for elektroniske enheder. Overfloden af ​​silicium som råmateriale og den højtudviklede forsyningskæde bidrager til lavere produktionsomkostninger sammenlignet med brug af kobber i elektronik.

5. Skalering og miniaturisering :Efterhånden som teknologien udvikler sig og kræver mindre og mere kraftfulde elektroniske enheder, bliver evnen til at nedskalere funktionsstørrelser afgørende. Silicium har vist sig at være skalerbart til nanoskalaniveau, hvilket muliggør fortsatte transistortæthedsforøgelser og forbedret ydeevne i overensstemmelse med Moores lov. Til sammenligning står kobber over for begrænsninger, når det kommer til miniaturisering, især på nanoskala.

Sammenfattende overgår silicium kobber med hensyn til omskiftningshastigheder, strømforbrug, omkostningseffektivitet og skalerbarhed, hvilket gør det til det foretrukne materiale til moderne elektronik, især i højtydende IC'er. Kobber tjener primært som et sammenkoblingsmateriale i elektroniske enheder på grund af dets høje ledningsevne, men er ikke egnet til transistorfremstilling.