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觀眾羞羞的鐵拳:“我有個問題!第一個電晶體不是用鍺做的麼?肖克利做的pn結電晶體也是用的鍺,但為什麼矽谷叫矽谷而不是鍺谷呢?而且現在一聽半導體都說矽啊矽的,有課代表來解釋下不?”
江維看到了這個問題,群裡一堆大佬,還能當不了課代表了不成。
於是摳字道:“大佬們,誰來說一下半導體後來為什麼用矽而是不是鍺了?”
巴丁:【這個問題,戈登·蒂爾最有發言權,在他的領導下德州儀器在1954年成功的製造了全球第一個商業化的矽電晶體。】
布拉頓:【對,戈登·蒂爾也是咱們貝爾實驗室出身的同事。當初的第一個pn結鍺電晶體,雖然肖克利提供了技術理論和驗證,但實際上把東西做出來的是蒂爾!】
巴丁:【我拉他進群!蒂爾是一個非常棒的科學家!】
一分鐘後……
戈登·蒂爾:【大家好,是想聽我介紹一下矽麼?這個事情我可不敢居功,其實單晶鍺和單晶矽的製造我也是從前輩的研究中獲得的靈感。
我把切克勞斯基拉進來吧,他才是晶體制造連續直拉法的奠基人。
這項於1917年由他建立起來的晶體生長方法,也被他的名字所命名,叫切克勞斯基法,簡稱cz】
又過了一分鐘……
切克老司機:【哦喲,人多得嘞!要聽直拉法做晶體是吧。
其實這個呢,是來自於一個偶然的發現。
那是1916年,我剛寫完實驗記錄,不小心手滑,本來想把鋼筆放進墨水瓶裡結果放進了熔融的錫裡面去了。
你們知道的,科學家嘛有時候桌上就有那麼一點亂】
字幕君:【熔融:溫度升高時,分子的熱運動能增大,導致結晶破壞,物質由晶相變為液相的過程。用人話解釋就是,本來是固體的東西加熱後變液體了。】
切克老司機:【當時我迅速把筆拿出來,當然作為1885年出生的我,那時已經31歲了,手速有點跟不上。
等我把筆拿出來後,發現筆尖上有很細的固化金屬線,經過檢驗,這金屬線竟然是金屬單晶構成的。
後來,18年我正式發表了這個發現,被稱為直拉法。
不過當時並沒有想用這個來做什麼特殊材料,搞什麼電晶體。這個方法主要用來測量金屬的結晶速率。】
字幕君:【單晶體是原子排列規律相同,晶格位相一致的晶體。】
切客老司機:【摸摸後腦勺gif,所以,其實這就是個偶然的發現。
至於怎麼用他做單晶鍺和單晶矽,還是蒂爾你來介紹吧。
我1953年就已經掛了,你在吭哧吭哧搞這個的時候我差不多已經在掛的邊緣了。】
觀眾長鼻長在腰上:“所以,晶體是拔絲拔出來的……我們現在用的晶片,裡面的矽,是拔出來的?”
觀眾大鬆餅:“這拔出來的絲,怎麼就變晶片了呢?樣子都不對啊……”
戈登·蒂爾:【前輩您謙虛了,要不是有您當年的研究借鑑,我也想不到製作單晶鍺和單晶矽的方法。
那我就班門弄斧,簡單給大家介紹一下。
不過,首先回答一個問題,半導體後來為什麼要用矽而不是用鍺。
首先,鍺的穩定性不如矽。在受熱之後會變成本徵狀態,使n型半導體和p型半導體都失去了他們的特性。
換句話說,溫度一高,就摻雜了個寂寞。
基本上,鍺在75c以上就不能工作了。手機、計算機、汽車工作起來,cpu燙到能煎蛋,並不少見。這個時候鍺就顯然不行。
第二、鍺材料在底殼含量很少,大概是不到百萬分之二,而且分佈很分散,不好開採。
成品鍺,還不是半導體材料哦,價格就已經趕超白銀了。
矽就不一樣了,這玩意就是沙子。矽是地殼中含量最豐富的元素之一,佔地殼元素含量的277,佔地球全部元素含量的151。
材料獲取很容易,若是不算工藝成本,材料幾乎就是零成本。
第三、鍺的氧化物非常不穩定,在400度以上還容易發生解析反應,導致器件製作難度大、穩定性差、容易出現大的柵漏電流。
第四、鍺的禁頻寬度只有066ev,相比於矽的112ev,這就導致鍺器件比較容易被擊穿,靜態功耗就大了。
第五、現有水平製備出的鍺襯底,達不到矽的