Хагас дамжуулагч материал: Цахиур гэж юу вэ?

Болор

• 2024-03-02

Цахиурыг хагас дамжуулагч болгон ашиглах нь электроникийн салбарт хувьсгал хийж, дижитал эрин үеийг эхлүүлсэн. Гэсэн хэдий ч олон хүмүүс энэ чухал материалын шинж чанар, хэрэглээний талаар мэдэхгүй хэвээр байна. . .

Та үүнийг мэдэхгүй байж магадгүй ч цахиур (Si) нь бидний өдөр тутмын амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Цахилгаан электроникийн үйлдвэрлэлд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг материалуудын нэг болох цахиур нь ухаалаг гар утаснаас эхлээд зөөврийн компьютер, богино долгионы зуух, LED гэрэл зэрэг бүх зүйлд байдаг. Цахиургүй бол бидний мэдэх орчин үеийн дижитал ертөнц байхгүй байх байсан гэж хэлэхэд хэтрүүлсэн болохгүй.

Цахиур (Si) гэж юу вэ?

Цахиур нь Si тэмдгээр тэмдэглэгдсэн химийн элемент юм. Үелэх систем дэх металл ба металл бус хоёрын хооронд байрлах цахиур нь нүүрстөрөгчийн гэр бүлд хамаарах металлиод юм. Цахиур нь атомын дугаар 14, атомын жин нь 28.086г. Цахиурын хайлах цэг нь 1,410 ° C, буцлах температур нь 3,265 ° C байна.

Цэвэр цахиур нь сайн чанарын урвалд ордог бөгөөд чөлөөт төлөвт байгалиасаа байдаггүй. Гэсэн хэдий ч цахиур нь бараг бүх чулуулаг, түүнчлэн шавар, элс, хөрсөнд исэл хэлбэрээр ихэвчлэн олддог. Цахиурын давхар исэл, силикат хэлбэрийн исэлдсэн цахиур нь дэлхийн царцдасны 27.7% -ийг бүрдүүлдэг өндөр концентрацитай байдаг. Үнэндээ цахиур нь царцдас дахь хүчилтөрөгчийн дараа хоёрдугаарт ордог хамгийн элбэг элемент юм. Цахиурын нэгдлүүд нь ус, ургамал, агаар мандалд агуулагддаг бөгөөд ихэвчлэн амьтдын шингэн, эд, араг ясанд байдаг.

Цахиурын нэр нь “хатуу чулуу” эсвэл “цахиур” гэсэн утгатай латин “silex” болон “silicis” гэсэн үгнээс гаралтай. Хүмүүс цахиур, силикатыг олон зууны турш хэрэглэж ирсэн. Эртний египетчүүд МЭӨ 1500 оны үед шил, бөмбөлгүүдийг болон бусад эд зүйлсийг хийдэг байжээ. Бидний эртний өвөг дээдсийн барилгын ажилд ашиглаж байсан зуурмагаас силикатууд олдсон.
Цахиурын орчин үеийн хэрэглээ 1824 онд Шведийн химич Jöns Jacob Berzelius 1824 онд элементийн цахиурыг ялгаж чадсанаар эхэлсэн. Цэвэр бус цахиурыг 1811 онд аль хэдийн гаргаж авсан. 1854 он хүртэл талст элемент цахиурыг гаргаж авч чадалгүйгээр электролиз ашиглан үйлдвэрлэсэн.

Цахиурыг 1800-аад оны сүүлээс 20-р зуун хүртэл хайлш болгон ашиглаж байжээ. Энэ үеэр судлаачид цахиур нь өндөр үр дүнтэй хагас дамжуулагч бөгөөд тусгаарлах шинж чанартай болохыг олж мэдсэн. Цахиурт наалдсан электродуудын хооронд цахилгаан гүйдэл нэг чиглэлд илүү амархан урсдаг болохыг тэд тогтоожээ. Энэхүү нээлт нь эрдэмтдийг хувьсах гүйдлийг тогтмол гүйдэл болгон хувиргах хагас дамжуулагч шулуутгагч бүтээх замд оруулсан юм. Гэсэн хэдий ч 1954 он хүртэл Белл лабораторийн химич Morris Tanenbaum анхны цахиурын транзисторыг үйлдвэрлэж чадсан юм. Түүний бүтээл нь 1947 онд транзисторыг анх зохион бүтээсэн Нобелийн шагналт William Shockley, John Bardeen, Walter Brattain нарын хийсэн нээлтүүд дээр үндэслэсэн бөгөөд эдгээр эрдэмтэд цахиурыг хагас дамжуулагч болгон ашигласан нь электрон эриний эхлэлийг тавьсан юм.

Хамгийн анхны компьютерын микропроцессор болох Intel 4004-ийг 1971 онд Intel компани цахиур хаалганы технологи ашиглан бүтээжээ. Энэхүү шинэ бүтээл нь өнөөгийн дижитал ертөнцөд хүргэсэн.

Цахиурыг хэрхэн үйлдвэрлэдэг вэ?

Цахиур хавтан нь маш нарийн төвөгтэй үйлдвэрлэлийн процессыг ашиглан үйлдвэрлэгддэг. Полисиликон гэж нэрлэгддэг цэвэр цахиурыг эхлээд кварц ба кокс хоёрын хооронд урвалд оруулахын тулд цахилгаан зуух ашиглан металлургийн цахиур гаргаж авдаг. Металлургийн цахиурыг шингэн давхаргатай реактор ашиглан трихлоросилан (TCS) болгон хувиргадаг. Устөрөгчийг TCS-ийг цэвэршүүлэх, дараа нь задлахад ашигладаг. Үр дүн нь поли-силикон саваа юм. Дараа нь поли-цахиурын саваа талстжиж, цахиурын талст үүснэ. Дараа нь эдгээр талстыг цахилгаан электроникийн салбарт ашиглаж болох өрөм болгон хайчилж авдаг.

Үйлдвэрлэлийн процессын үр дүнд олон тооны хаягдал материал гарч ирдэг бөгөөд олон тооны хортой бодисууд цэвэр цахиур үйлдвэрлэхэд ашиглаж, үйлдвэрлэгддэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Цахиурын өвөрмөц шинж чанарууд юу вэ?

Цахиурын цэвэр хэлбэр нь атомын бүтэцтэй тул хагас дамжуулагчийн хувьд өндөр үр дүнтэй болгодог. Энэ нь металлын дамжуулагч шинж чанартай бөгөөд тусгаарлагч шинж чанартай тул цахиур нь цахилгааныг дамжуулж, хааж чаддаг гэсэн үг юм. Энэ чадвар нь цахиурыг солих механизм болгон хамгийн тохиромжтой болгодог. Цэвэр цахиур нь маш тогтвортой, ус, уур, хүчилд тэсвэртэй, хайлш, исэл, нитрит үүсгэхэд ашиглаж болно.