Kodėl kompiuterių lustuose naudojamas silicis?
Trumpas atsakymas: Silicis naudojamas, nes yra gera puslaidininkinė medžiaga ir su ja lengva dirbti. Jis yra įprastas, sudaro naudingą izoliacinį sluoksnį (silicio dioksidą) ir gali būti tiksliai keičiamas, todėl lustai gali valdyti elektros srovę.
Trumpas paaiškinimas
Puslaidininkis yra medžiaga, kuri kartais praleidžia elektrą, o kartais ne. Silicis yra tarp metalų ir izoliatorių. Inžinieriai gali pridėti nedidelį kiekį kitų elementų (tai vadinama legiravimu), kad pakeistų silicio laidumą.
Silicis taip pat sudaro silicio dioksidą – stiprų, stabilų izoliatorių, kuris padeda gaminti plonus sluoksnius ir mažas dalis ant lustų. Silicio gausu Žemės plutoje, todėl jis yra pigesnis nei daugelis kitų variantų. Jis taip pat gana gerai išlaiko šilumą ir gali būti valomas bei formuojamas tiksliais metodais.
Dėl šių priežasčių silicis yra geriausias pasirinkimas daugumai kompiuterių lustų.
Už to slypintis mokslas
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis/dėsnis: Puslaidininkių juostos teorija (draudžiamoji zona) ir legiravimas.
Puslaidininkių juostų teorija paaiškina, kodėl tokios medžiagos kaip silicis gali veikti kaip elektros jungikliai. Medžiagoje esantys elektronai užima energijos juostas. Draustoji zona yra energijos skirtumas tarp užpildytos juostos (valentinės juostos) ir tuščios juostos (laidumo juostos).
Silicis turi vidutinį draustinį zoną (~1,1 eV), todėl kambario temperatūroje tik keli elektronai patys ją peršoka. Pridėjus nedidelį kiekį kitų atomų (legiravimas), sukuriami papildomi elektronai arba skylės, todėl laidumas keičiasi kontroliuojamai. Tai leidžia inžinieriams gaminti diodus ir tranzistorius, kurie perjungia ir stiprina signalus.
Kita svarbi priežastis yra ta, kad silicis sudaro stabilų natūralų oksidą (silicio dioksidą), kurį galima auginti ir formuoti, kad būtų pagaminti mažyčiai izoliaciniai sluoksniai ir vartai tranzistoriams . Silicio taip pat gausu Žemės plutoje, o tai padeda sumažinti kainą .
Kaip mes tai žinome: Eksperimentai, kuriais matuojamos elektros srovės, temperatūros poveikis ir optinė absorbcija, rodo draustinį zoną ir tai, kaip legiravimas keičia laidumą. Siekiant patvirtinti šiuos principus, buvo sukurti ir išbandyti tokie įrenginiai kaip tranzistoriai .
Pamatyk tai gyvenime
- Mažytės smegenys išmaniajame telefone (procesorius ir atminties lustai)
- Nešiojamojo kompiuterio procesorius, kuriame veikia žaidimai ir programėlės
- Žaislų ir buitinės technikos mikrovaldikliai
- Skaitmeninių fotoaparatų ir telefonų vaizdo jutikliai
- Maitinimo valdymo lustai, kurie valdo akumuliatoriaus įkrovimą
Išbandyk pats
Citrininė baterija, parodanti, kaip medžiagos keičia elektros srovę
Sauga: Nekiškite laidų į burną. Naudokite tik mažą įtampą.
Priemonės
- 2 citrinos
- 2 variniai centai arba vario juostelės
- 2 cinkuotos vinys (cinkuotos) arba vinys
- mažas LED arba multimetras
- jungiamieji laidai
Žingsniai
- Kiekvieną citriną suminkštinkite, tada į kiekvieną citriną maždaug 2 cm atstumu įkiškite po vieną vario gabalėlį ir po vieną cinko vinį.
- Prijunkite laidą nuo vario pirmoje citrinoje prie cinko antroje citrinoje.
- Prijunkite laisvą varį ir laisvą cinką prie LED arba multimetro, kad užbaigtumėte grandinę.
- Stebėkite, ar LED šviečia, ar matuoklis rodo įtampą / srovę. Ką tai rodo: Skirtingos medžiagos ir cheminės medžiagos keičia elektros tekėjimo kokybę, panašiai kaip skirtingi elementai keičia silicio elgseną.
Žodynėlis
- Puslaidininkis: medžiaga, kuri gali būti pagaminta taip, kad praleistų arba blokuotų elektros srovę.
- Draustinys: energijos tarpas tarp valentinės juostos ir laidumo juostos, kurią elektronai turi kirsti, kad praleistų elektros srovę.
- Legiravimas: nedidelių kitų elementų kiekių pridėjimas, siekiant pakeisti puslaidininkio elektrines savybes.
- Silicio dioksidas: stabili izoliacinė medžiaga (oksidas), susidaranti ant silicio ir naudojama lustų dalims gaminti.
DUK
Ar kitos medžiagos gali pakeisti silicį lustuose?
Taip, tyrėjai specialiems tikslams naudoja tokias medžiagas kaip germanis ir galio arsenidas, tačiau silicis išlieka įprastas dėl kainos ir gamybos ypatumų.
Kodėl svarbus silicio apdorojimas švariose patalpose?
Švarus apdorojimas pašalina dulkes ir defektus, kad mažos tranzistorių dalys veiktų tinkamai.
Ar silicis pats savaime padidina kompiuterių greitį?
Greitis priklauso nuo lusto konstrukcijos, tranzistoriaus dydžio ir komponentų sujungimo būdo, nors silicis leidžia sukurti mažus, greitus tranzistorius.