| De materialen die in computerchips worden gebruikt, voornamelijk silicium, bezitten verschillende belangrijke eigenschappen die ze ideaal maken om te fungeren als schakelaars die de elektriciteitsstroom regelen:
* Halfgeleidergedrag: Dit is de meest cruciale eigenschap. Silicium is een halfgeleider, wat betekent dat de elektrische geleidbaarheid tussen die van een geleider (zoals koper) en een isolator (zoals rubber) ligt. Hierdoor kan de geleidbaarheid nauwkeurig worden geregeld door onzuiverheden toe te voegen (doping) en spanning aan te leggen. Door specifieke onzuiverheden (zoals boor of fosfor) toe te voegen, creëren we gebieden met een overschot (p-type) of tekort (n-type) aan elektronen. De interface tussen p-type en n-type silicium vormt een diode, een eenrichtingsklep voor elektriciteit, en de combinatie van meerdere pn-overgangen vormt transistors, de fundamentele schakelelementen in chips.
* Controleerbare geleidbaarheid: De geleidbaarheid van het halfgeleidermateriaal kan nauwkeurig worden geregeld door de aangelegde spanning te variëren. Een kleine spanningsverandering kan het silicium van een toestand met hoge weerstand (uit) naar een toestand met lage weerstand (aan) schakelen, waardoor efficiënt schakelen mogelijk is.
* Mogelijkheid om te worden geminiaturiseerd: Silicium kan eenvoudig op extreem kleine schaal worden verwerkt en van een patroon worden voorzien met behulp van fotolithografie. Hierdoor kunnen miljarden transistors op één chip worden geïntegreerd, waardoor krachtige en compacte computers mogelijk worden.
* Overvloed en kosteneffectiviteit: Silicium is een gemakkelijk verkrijgbaar en relatief goedkoop materiaal, waardoor het economisch haalbaar is voor de massaproductie van computerchips.
* Hoge zuiverheid: Het productieproces garandeert een extreem hoge zuiverheid van het silicium, waardoor defecten die de elektrische eigenschappen en betrouwbaarheid van de chips zouden kunnen verstoren tot een minimum worden beperkt.
* Thermische stabiliteit: Silicium behoudt zijn halfgeleidereigenschappen over een breed temperatuurbereik, waardoor een betrouwbare werking wordt gegarandeerd, zelfs onder wisselende omstandigheden.
Samenvattend maakt de combinatie van halfgeleidergedrag, regelbare geleidbaarheid, miniaturiseerbaarheid, overvloed, hoge zuiverheid en thermische stabiliteit silicium en andere gerelateerde halfgeleidermaterialen uitzonderlijk geschikt voor het bouwen van de ongelooflijk complexe en efficiënte schakelcircuits die in computerchips worden aangetroffen. |
