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至尊宝,沙子快没了?别忧虑造芯片主要用的不是它-雷火电竞登录

admin 欧冠最新报道 2019-09-18 351 0

原标题:沙子快没了!别忧虑,造芯片首要用的不是它

在手机、电脑、智能手表这些电子设备中,芯片是其最中心的零部件。芯片也是半导体职业集成度最高的元器材,而出产其所用的硅资料,首要来历于沙砾。

近来英国《天然》杂志发文称,现在沙子和砾石的采掘速度,已超越其天然康复的速度。因而,地球上沙子的需求量或许很快就会超越供给量。一时间,“沙子快没了”的音讯在网上引发热议。

硅是半导体职业的柱石,而沙子是提取硅的重要质料。近半个世纪以来,半导体职业的迅猛开展,是否造成了沙子的过度采掘?沙子资源干涸是否会引发半导体职业的开展危机?

就上述问题,科技日报记者采访了业界相关专家。

凭存量大、易提纯特性锋芒毕露

沙子是地球地壳中含量较丰厚的物质,沙子中所含有的元素硅,是地球地壳中第2大组成元素,约占地壳总质量的25%。沙子的品种首要有两种:天然沙和机制沙,天然沙又可被分为河沙、海沙和山沙。

那么,为何硅成了制作半导体器材的根底资料呢?

“这首要是由于,硅的化学性质较安稳,具有优异的半导体特性;其次,硅的储量极为丰厚,在地壳中的丰度高达27.72%。”北京理工大学资料学院副研讨员常帅在承受科技日报记者采访时表明,此外现在单晶硅制取技能十分老练,相关的根据硅片的半导体制作工艺如掺杂、光刻等也已遍及,制作本钱相对可控。

黄河上游水电开发有限责任公司是一家从事硅资料制作的企业,其青海新能源分公司副总经理秦榕在承受科技日报记者采访时也指出,硅之所以成为半导体职业的“魂灵”质料,首要是由硅的化学性质决议的。

“在工业出产中,提纯硅比较简单,并能到达很高的纯度。凭仗存量大且易提纯的特性,硅资料的制作本钱越来越低,这也在必定程度上降低了手机、电脑等终端产品的定价。曩昔,笔记本电脑动辄上万元,现在只需几千元就能买到装备很好的电脑。”秦榕说。

沙子要变成硅资料,要经过怎样的进程?

常帅介绍道,首要,要用碳将硅从富含二氧化硅的沙子中提取出来,经过炭粉复原的办法,将沙子中的二氧化硅转化成纯度超越98%的硅资料,这种资料也被称为工业硅。但纯度98%的工业硅,还不能用于芯片制作,还需使用一些化工工艺将工业硅进一步纯化。纯化后的硅归于多晶硅或无定形硅,此刻硅的纯度虽合格,但由于其内部的原子摆放很紊乱,仍旧无法直接使用于精细半导体器材的一线出产。所以,需求经过一些办法将纯度合格的硅资料制成单晶硅。在实践出产操作中,工作人员首要是经过直拉法或区熔法,将多晶硅或无定形硅转化成为单晶硅硅锭。

“简而言之,只要高纯度的单晶硅,才干用作出产资料。”常帅说。

半导体职业用硅量十分有限

沙子是仅次于空气、水,全球需求量最大的天然资源,也是人类出产活动必不可少的根底性原资料。

计算显现,当时全球沙子年产量约为500亿吨。英国《天然》杂志刊文指出,这个用量比天然再生率要高。到本世纪中叶,需求量就或许超越供给量。而前不久,来自联合国环境规划署的一份陈述显现,最近20年,跟着消费形式的改变、人口的增加、城市化和根底设施的开展,人类对沙子的需求量增加了3倍。

那么,全球沙子的存量是否够半导体职业未来开展所用?沙子存量日益减少,是否会引发半导体职业原资料价格的上涨?

常帅以为,半导体职业的迅猛开展和沙砾过度采掘之间并无太多相关性。“实践上,《天然》所报导的沙子求过于供的状况最或许呈现在修建职业,由于修建用沙有必定的规范,沙漠中的沙子或海沙一般都不符合要求,只要河沙适宜。加之,近年来修建职业的快速开展,导致世界各地的河沙挖掘和耗费速率超越了天然康复速率。”他说。

常帅还提出,半导体职业所用的硅资料,其首要来历并不是河沙,而是各种含硅的矿石,如脉石英、石英砾石等。这些矿石在地球的储量十分大,并且半导体这种高精尖化工业对硅资料的耗费量远小于修建职业,因而“沙子不够用”这一问题不会成为半导体职业开展的瓶颈。

“全球多晶硅年产能约为64万吨,用于制作芯片的只要3万吨;半导体用硅资料,仅占悉数硅资料总产量的5%。半导体职业用硅量十分小,即使沙子真不够用,也很难引发原资料价格全体上涨。”秦榕表明,其实在整个硅资料使用中,半导体仅仅一个很小的使用范畴,许多的硅资料,如太阳能级硅、有机硅等都被用于修建、运送、化工、纺织、食物、医疗等范畴。

“咱们日常日子中的许多东西,都会使用到硅元素,比方通信誉的光纤、农药、洗发水、化妆品等,仅仅咱们很少重视算了。”秦榕说。

现在没有可代替硅的原资料

尽管短期内,不必操心沙子变少会对半导体职业发生严重影响,可是咱们还会有隐隐地忧虑:倘若有一天沙子真没了,是否有能代替硅的新质料?

对此,秦榕和常帅都以为,以现在的技能水平来看,尚难找到代替性质料。

“现在尚没有可代替硅的新物质。”秦榕表明,“信息技能榜首规律”摩尔定律指出,集成电路上可包容的元器材数目每18个月约翻1倍。“可元器材的数量不或许无约束地增加下去,单位面积上可集成的元器材数目会到达极限,这之后必然会呈现新技能,但什么时候能呈现不得而知,所以半导体器材制作仍旧会沿用现有工艺,硅仍旧会是首要制作资料。”她说。

除了技能要素外,在寻觅代替性资料时,本钱是最大的考量要素。

秦榕以为,在对本钱考虑较少、对技能牢靠性要求较高的航天、军事等范畴,或许能用得起硅资料的代替品。但在绝大部分范畴,替换现有“物美价廉”的硅而转用其他资料,很或许会导致电子信息类产品本钱暴升。

常帅的观念佐证了以上说法。他以为,现在在资料范畴,科学家虽针对代替硅资料的新型资料展开了种种研讨,但这些研讨首要是环绕补偿硅资料的一些固有缺陷进行的,如硅资料的载流子迁移率还不够快、透明性及发光性差等,这些下风约束了其在半导体某些范畴里的使用。

“关于各种新型资料,不管是前期的砷化镓仍是当下炙手可热的石墨烯,抑或是各种有机半导体资料,它们在实践使用中,受制于工艺繁琐或本钱昂扬,尚无法撼动硅资料的霸主位置。并且,尽管一些资料在某方面的功能或许能超越硅,但在其他方面却存在这样或那样的缺陷。或许在不久的将来,当资料技能取得打破,这些缺陷都被战胜,那么代替硅的资料就真的呈现了。”常帅表明。

来历:科技日报

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