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小小硅元素的 “变形记”

2019-01-13 09:23:34 网络整理 阅读:76 评论:0

人们往往对第一名更有印象,比如地壳中含量排名第一的元素是氧,那仅次于它的第二位呢?答案是硅,它约占地壳总质量的27%。虽然含量丰富,但在自然界中却很难找到它的单质,通常以硅酸盐和二氧化硅的形式存在,我们可以在岩石中找到它。硅虽然含量比氧少,但却有着更为惊人的应用性。有了硅,才有了性能强大的电子设备,才有了现在的互联网社会。

但硅的应用似乎已经停滞不前,因此科学家们尝试把硅“伪装”起来,并且得到了傲人的成果。硅的应用为何停滞不前?这些“伪装”的硅又是什么?我们一起来看一下吧。

小小硅元素的 “变形记”

硅芯片的速度“到头了”

在电子设备中,硅芯片可以说是核心装置。从智能手机、超薄笔记本电脑到心脏起搏器,它们的芯片均是由硅制成的。几乎每年都会制造大约650万平方米的芯片投入使用,它们有一部分投入在计算机和太阳能电池中,但就目前的情况来看,硅在计算机和太阳能电池上的应用效率似乎已经达到上限。

目前小小的计算机硅芯片上已经拥挤不堪,因为上面挤着许多的半导体硅制成的硅晶体管。作为计算机处理信息的基本设备,硅晶体管最主要的特性之一,就是充当电阻,实现电压对电流的开关控制,这里的开关指的是电流的存在和不存在。为什么会选择半导体硅作为主要的原材料呢?

首先,我们要了解为什么选择半导体。因为如果是导体制作的晶体管,由于导体的导电能力太强,当施加很小的电压时,就会产生电流,因此会让晶体管一直处于“开”的状态;如果是绝缘体,无论施加多大的电压,它也不会产生电流,晶体管会一直处于“关”的状态。这样的一个晶体管就不能够实现电压对电流的开关控制。但半导体就不一样了,它的导电能力介于导体和绝缘体之间,当施加较小的电压时,它跟绝缘体一样,无法产生电流,此时的晶体管处于“关”的状态;当施加电压较大时,半导体就跟导体一样,产生电流,此时可以传输“开”的信息。这样半导体就可以在施加不同电压时,在开关两种不同状态中来回转换,也就可以控制电流,所以半导体才成为了晶体管的主要材料。

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