Per què el 80% dels xips es fabriquen amb hòsties de silici?

Veiem avui que més del 80% dels xips es produeixen a partir d'hòsties de silici, més que amb materials populars com ara el carbur de silici, l'arsenur de gal·li, el nitrur de gal·li, etc. Per què?
Criteris de selecció de materials

0040-02544 Cos superior, metall Dps
Hi ha diversos factors principals a tenir en compte a l'hora d'escollir un material que s'utilitzarà per produir un xip: Propietats electròniques: El material ha de tenir bones propietats semiconductores que puguin controlar eficaçment el moviment dels electrons. Estructura de cristall: els materials han de tenir una estructura de cristall únic d'alta qualitat per reduir els defectes i millorar el rendiment del xip. Cost: el cost dels materials ha de ser relativament baix per a la producció en massa. Processabilitat: els materials han de ser fàcils de processar i preparar, i poder adaptar-se als processos de fabricació existents. Estabilitat tèrmica: els materials han de ser capaços de suportar els canvis de rendiment a altes temperatures durant la fabricació.

La raó per la qual el silici és el material escollit
715-031986-005 Cambra de reacció Hsg Lwr
2.1 Propietats dels semiconductors
El silici és un material semiconductor excel·lent amb un interval de banda d'1,12 eV, que és moderat i adequat per al funcionament de la majoria de dispositius electrònics. El silici també té una bona mobilitat d'electrons i mobilitat de forats, el que el fa adequat per a la fabricació de xips d'alt rendiment.

2.2 Estructura de cristall

0020-33806 Dps de la cambra superior + Poly
El silici es pot utilitzar per produir cristalls simples de gran qualitat i gran mida mitjançant processos com el mètode Czochralski i el mètode de fusió de zones. L'estructura de cristall de silici és perfecta i els defectes de gelosia són pocs, cosa que afavoreix la producció de circuits integrats d'alt rendiment.

2.3 Cost
El silici és el segon element més abundant de l'escorça terrestre (un 26,7%), i la seva matèria primera (quars) és molt abundant i econòmica. En comparació amb altres materials semiconductors com l'arsenur de gal·li (GaAs) i el carbur de silici (SiC), els costos d'extracció i preparació del silici són significativament més baixos.

2.4 Processabilitat
El silici té una bona resistència mecànica i estabilitat química, cosa que li permet suportar processos de fabricació complexos. Els processos de fabricació de semiconductors existents (litografia, difusió, implantació d'ions, etc.) es desenvolupen a partir de materials de silici, de manera que la tecnologia de processament de les hòsties de silici és madura i de baix cost.

2.5 Estabilitat tèrmica

El silici té una excel·lent estabilitat a altes temperatures, capaç de mantenir estables la seva estructura i propietats cristal·lines a temperatures de fins a 1100 graus. Això permet que el silici s'adapti a les necessitats dels passos del procés d'alta temperatura en la fabricació moderna de xips.

Reptes amb altres materials
Tot i que altres materials com l'arsenur de gal·li (GaAs), el carbur de silici (SiC) i el nitrur de gal·li (GaN) també tenen excel·lents propietats semiconductors, presenten alguns reptes en termes de cost, processabilitat, estabilitat tèrmica, etc.:
Arseniur de gal·li (GaAs): alta mobilitat d'electrons, però fragilitat, alt cost de fabricació i difícil de preparar cristalls simples de gran mida.

Carbur de silici (SiC): ampli marge de banda per a aplicacions d'alta temperatura i alta pressió, però difícil de fer créixer cristalls i costosos.

Nitrur de gal·li (GaN): té excel·lents propietats electròniques i estabilitat tèrmica, però el material és complex de sintetitzar i costós.

De fet, el silici com a material semiconductor té molts avantatges, com ara bones propietats de semiconductor, estructura de cristall d'alta qualitat, baix cost, tecnologia de processament madura i excel·lent estabilitat tèrmica. Aquests factors fan que el silici sigui el material preferit per fer xips, tot i que altres materials també tenen els seus avantatges únics en àrees d'aplicació específiques.