Электроника, благодаря минимизации размеров транзисторов и диодов, созданных непосредственно в кристалле кремния, достигла больших возможностей. Теперь на ней базируются различные производства, которым нужно автоматизировать свои процессы.
Сейчас кремний является основным материалом высоко интегрированных микросхем. Хотя этот материал не идеальный — он имеет сложности обработки, очистки и хранения, а также проблематичен при последующей эксплуатации. Все эти проблемы подталкивают ученых искать ему альтернативу. Вместе с экспертами компании «ЗУМ-СМД» рассмотрим потенциальные виды полупроводников.
Виды полупроводников
Кремний — это не самый первый в массовом производстве полупроводник, до него электронику создавали на основе германия, электроны которого были более подвижны. Сейчас этот материал также используется, преимущественно в высокочастотной электронике. Но из-за лучшей теплопроводности и меньшей стоимости технологии кремний взял верх.
Однако самая высокая теплопроводность у алмаза, который является, практически изолятором. Но при легировании (добавлении примесей) он ведет себя как полупроводник, который превосходит кремний:
- энергоэффективностью — в 50 раз;
- частотными характеристиками — в 1200 раз.
Сейчас передовых технологий легирования еще не разработано, также, как и обработки. Напомним, что это самый механически прочный материал.
Упомянутые полупроводники: кремний и германий относятся к группе одноэлементных, также, как и алмаз — уголь, химическая формула С. Такую же формулу имеет графен — полупроводник из которого сейчас изготавливают сверхчувствительные микропроцессоры. Он также может посоперничать с кремнием, но технологии обработки требуют глубокого изучения. Из одноэлементных полупроводников можно упомянуть селен, из которого, в свое время, делали выпрямители.
Известны такие типы полупроводников:
- двухэлементные соединения — арсенид галлия (GaAs), сульфид цинка (ZnS), сульфид олова (SnS);
- оксиды (цинка, никеля, меди, кобальта, железа, европия), двуокись меди;
- слоистые кристаллы — диодид свинца, селенид галлия и дисульфид молибдена;
- органические — фуллерен, графен и нанотрубки из него;
- магнитные — сульфид европия, селенид европия и пр.
Теплопроводность — важный параметр современной электроники
В линейке теплопроводности кремний опережает арсенид галия, который широко используется в высокочастотной микроэлектронике. У арсенида галия она даже ниже, чем у германия. Вот почему при всех достоинствах он не может быть перспективнее кремния. К нему близок по параметру теплоотдачи нитрид галия, технология его обработки развивается.
Лучшей теплопроводностью, чем кремний обладают некоторые его соединения, например, алмазоподобное вещество — карбид кремния (SiC). Он имеет такие свойства, как повышенная:
- химическая стойкость — обладает сильными химическими связями;
- температурная устойчивость;
- радиационная стойкость;
- механическая прочность;
- плотность;
- устойчивость к большой плотности тока.
Кроме этого, карбид кремния обладает высоким напряжением пробоя. Этот материал, как полупроводник изучался давно, ещё в 1907 году Х. Раундом и Олегом Лосевым в 1923–1940 годах. Их исследования привели к важным открытиям, возможно и будущее у этого материала тоже есть.
Современная промышленность позиционирует продукцию с качественным теплоотводом. Многие топологии реализованы не только на основе кремния, но и на материалах с большей теплопроводностью. Если ученым удастся «обуздать» обработку материала с высокими параметрами теплоотдачи, то в будущем кремний заменят другими аналогами.