废土之后(二)

我是一名材料研究员,应福强之约,帮他分析废土之后的计算机重建工作的半导体材料部分。

清楚半导体制备的原理和工艺流程,这是第一步,半导体的核心元素是硅。首先说明一下,化学元素中,最外层最多8个电子,而8个电子也是最稳定的状态,硅元素最外层4个电子,这种性质让硅元素一般是以化合物的形式存在,因为他需要从其他的元素中俘获4个电子以保证稳定,而硅元素又有一个特性,假设一个硅元素周围环绕四个硅元素,每个环绕的硅元素贡献一个电子,那么这样也可以形成最外层8个电子的结构,这就是正四面体,是一种稳定结构,硅晶体的空间几何结构正是如此。地球上,硅含量极高,石英矿就是最大的原材料,石英是二氧化硅,那么我们只需要通过化学还原法,即可制备硅,理论上通过与更易于与氧结合的元素进行反应,再加上高温高压,即可还原成功,比如氢还原、碳还原,在工程领域,往往会加上催化剂加速还原,当然这都属于秘方,但其实只要懂原理,破解只是时间问题。由于化学键的作用,化学还原生成的单晶硅会聚集在一起,结合生长成多晶硅,而多晶硅由于晶体不规则,不能达到电子芯片的性能要求,加热多晶硅,熔融的多晶硅进行提拉,最终可以得到单晶硅。而要得到电子元件,比如二极管,还需要通过往单晶硅中掺杂,一开始是提纯,而现在又掺杂,这是否矛盾呢?这里就要先提到半导体的工作原理,半导体本身并不导电,但如果分别给两个硅晶掺杂3价的硼元素和5价的磷元素,把他们粘合在一起,加上一定的电压,不导电的半导体这时候会出现一个奇特的性质,电子可以单向流动,掺杂了3价硼的硅晶体是正半导体,也就是positive P型半导体,掺杂了5价磷的硅晶体是负半导体,也就是negtive N型半导体,如果电压方向与NP方向一致,那么可以导电,反过来则不能导电,如果用水坝来形容,P型半导体是高水位堤坝,N型半导体是低水位堤坝,高水位可以流向低水位,但反之则不行。这时候大家就应该理解了,这种半导体不就是满足了0和1的特性了吗,也就是福强提到的机器语言。得到了基本的电子元器件,造成一台计算机的雏形就不是问题了,当然,要达到当今的纳米级超大规模集成电路,还有很长的路要走,投资建立晶圆厂,资金至少是千亿美元级别,晶圆厂现在用的技术是激光腐蚀,也就是通过精度极高的激光腐蚀雕刻晶体表面,然后掺杂形成基本的电子元器件。我们最终如果要做到这种地步,就超出了我的材料领域的研究范围,需要物理学家,自动控制专家,一起来探讨这个问题,刚好我有几个这样的朋友,我已经向他们发出了邀请。

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真相也许不只一个,它存在于每个人心中

2 thoughts on “废土之后(二)

  1. 闷声发大财 闷声发大财

    钱爷的材料背景搞硬件有优势

    • 福强 福强

      狂膜

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