Haben Sie jemals von Silicon Valley gehört? Der Teil Kaliforniens, in dem CPUs entworfen werden und Startups die ganze Zeit zu gedeihen scheinen. Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, warum es Silicon Valley heißt? Oder warum genau scheint dieses Silizium so universell für Computerchips verwendet zu werden? Anstelle eines anderen Materials wie Kupfer, Graphit oder Eisen.
Nun, Silizium hat eine Reihe von Eigenschaften, die es unter anderen chemischen Elementen ungewöhnlich machen. Im Moment kennen Wissenschaftler nur 118 Elemente. Von diesen 118 bekannten Elementen werden nur 6 als Metalloide klassifiziert. Silizium ist eines der Metalloide.
Diese Metalloide weisen metallähnliche Eigenschaften auf, sind aber keine echten Metalle. Normalerweise haben sie ein silbrig glänzendes Aussehen wie echte Metalle. Aber anstatt formbar zu sein, sind sie oft ziemlich spröde. Das heißt, sie können wie Glas leicht auseinanderbrechen.
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Halbleiter
Und obwohl Metalloide Elektrizität wie Metalle leiten können, sind sie nicht ganz so gut darin. Woher das Wort Halbleiter kommt. Diese Halbleiter ist besonders wichtig für die Arbeit der Elektronik. Denken Sie daran, dass Computer und andere elektronische Geräte, die Mikrochips verwenden, zum Betrieb Strom benötigen.
Ihr gesamtes Funktionsprinzip beruht jedoch darauf, dass Strom selektiv durch bestimmte Transistoren geleitet werden kann. Ein normaler metallischer Leiter wie Kupfer würde Elektronen zu leicht durchlassen. Das bedeutet, dass viel zu viele Transistoren gleichzeitig aufleuchten würden. Dies bedeutet, dass Ihre CPU Anweisungen nicht korrekt verarbeiten kann.
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Warum ist Silizium besser als andere Halbleiter für Computerchips?
Wir haben die Frage, warum Silizium speziell? Das ist anstelle eines anderen Halbleiters wie Germanium. Nun, obwohl Silicon Valley ein teurer Ort zum Leben sein könnte, ist tatsächliches Silizium ziemlich billig. Außerdem ist Silizium in der Erdkruste ziemlich leicht zu finden. Tatsächlich ist Silizium eines der häufigsten Elemente im Universum.
Es ist also durchaus möglich, dass raumfahrende Zivilisationen in einer fernen Galaxie auch Silizium-CPUs verwenden. Darüber hinaus hat Silizium weitere Vorteile, wie z. B. die Möglichkeit, bei einem breiten Temperaturbereich gut zu arbeiten. Silizium kann auch leicht mit anderen Chemikalien dotiert werden, die für die Arbeit von Mikroprozessoren erforderlich sind.
Zum Beispiel ist es ziemlich einfach, eine isolierende Schicht aus Siliziumdioxid zu bilden, indem man Silizium in einen heißen Ofen steckt. Diese sind notwendig, weil die winzigen Transistoren in einer CPU isolierte Bereiche benötigen, um den Stromfluss weiter präzise zu steuern und zu lenken. Es ist also die Vielseitigkeit von Silizium, die es zu einer natürlichen Wahl macht.
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Ist Silizium perfekt für Computerchips und Elektronik?
Obwohl sich Silizium als äußerst nützlich erwiesen hat, ist es alles andere als perfekt. Obwohl es billig und reichlich vorhanden ist, gibt es einen Kompromiss, wie schnell es Strom leiten kann. Andere Halbleiter sind in der Lage, die Elektronen schneller zu bewegen.
Das bedeutet, dass sie verwendet werden könnten, um Prozessoren mit höherer Leistung herzustellen, wenn auch zu höheren Kosten. Es gibt eine weitere Einschränkung von Silizium, die bedeutet, dass es nicht mehr zu lange das universelle Material in unseren Computerchips sein wird. Sie sehen, Transistoren werden immer kleiner und kleiner, um unsere Chips leistungsfähiger und energieeffizienter zu machen.
Wir kommen jedoch an den Punkt, an dem Silizium aufgrund seiner chemischen Eigenschaften nicht viel kleiner gemacht werden kann als das, was wir bereits haben. Tatsächlich gab Intel bekannt, dass für seine 7-nm-Chips, die um 2021 veröffentlicht werden könnten, etwas anderes als Silizium verwendet wird. Um das in Zusammenhang zu bringen, ist 7 nm nur etwa 35 Atome breit.
Wir haben tatsächlich einen umfassenden Artikel über ein solches Material namens Galliumnitrid (GaN), das Silizium in der Elektronik ersetzen soll. Während kleinere Transistoren und schnellere CPUs exotischere Materialien erfordern, besteht kein Zweifel, dass der Weg in diese Zukunft von morgen mit Silizium gepflastert wurde.