Почему 80% чипов производятся на кремниевых пластинах?

Сегодня мы видим, что более 80% чипов производятся из кремниевых пластин, а не из популярных сегодня материалов, таких как карбид кремния, арсенид галлия, нитрид галлия и т. д. Почему?
Критерии выбора материалов

0040-02544 Верхняя часть тела, Dps Metal
При выборе материала, который будет использоваться для изготовления чипа, следует учитывать несколько основных факторов: Электронные свойства: материал должен иметь хорошие полупроводниковые свойства, которые могут эффективно контролировать движение электронов. Кристаллическая структура: материалы должны иметь высококачественную монокристаллическую структуру, чтобы уменьшить количество дефектов и улучшить производительность чипа. Стоимость: стоимость материалов должна быть относительно низкой для массового производства. Технологичность: материалы должны легко обрабатываться и подготавливаться, а также быть способны адаптироваться к существующим производственным процессам. Термическая стабильность: материалы должны быть способны противостоять изменениям характеристик при высоких температурах во время производства.

Причина, по которой кремний является предпочтительным материалом
715-031986-005 Реакционная камера Hsg Lwr
2.1 Полупроводниковые свойства
Кремний — превосходный полупроводниковый материал с шириной запрещенной зоны 1,12 эВ, что является умеренным и подходит для работы большинства электронных устройств. Кремний также обладает хорошей подвижностью электронов и дырок, что делает его пригодным для производства высокопроизводительных чипов.

2.2 Кристаллическая структура

0020-33806 Верхняя камера Dps + Poly
Кремний можно использовать для производства высококачественных монокристаллов большого размера с помощью таких процессов, как метод Чохральского и метод зонной плавки. Кристаллическая структура кремния идеальна, а дефектов решетки мало, что способствует производству высокопроизводительных интегральных схем.

2.3 Расходы
Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре (около 26,7%), а его сырье (кварц) очень распространено и дешево. По сравнению с другими полупроводниковыми материалами, такими как арсенид галлия (GaAs) и карбид кремния (SiC), затраты на добычу и подготовку кремния значительно ниже.

2.4 технологичность
Кремний обладает хорошей механической прочностью и химической стабильностью, что позволяет ему выдерживать сложные производственные процессы. Все существующие процессы производства полупроводников (литография, диффузия, ионная имплантация и т. д.) разработаны на основе кремниевых материалов, поэтому технология обработки кремниевых пластин является зрелой и недорогой.

2.5 Термическая стабильность

Кремний обладает превосходной стабильностью при высоких температурах, способен сохранять свою кристаллическую структуру и свойства стабильными при температурах до 1100 градусов. Это позволяет кремнию адаптироваться к потребностям высокотемпературных технологических этапов современного производства микросхем.

Проблемы с другими материалами
Хотя другие материалы, такие как арсенид галлия (GaAs), карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), также обладают превосходными полупроводниковыми свойствами, они представляют собой некоторые проблемы с точки зрения стоимости, технологичности, термической стабильности и т. д.:
Арсенид галлия (GaAs): высокая подвижность электронов, но хрупкость, высокая стоимость производства и сложность получения монокристаллов большого размера.

Карбид кремния (SiC): широкая запрещенная зона для применений при высоких температурах и высоких давлениях, но кристаллы трудно выращивать и они дороги.

Нитрид галлия (GaN): он обладает превосходными электронными свойствами и термической стабильностью, но этот материал сложен в синтезе и дорог.

Фактически, кремний как полупроводниковый материал имеет множество преимуществ, в том числе хорошие полупроводниковые свойства, высококачественную кристаллическую структуру, низкую стоимость, отработанную технологию обработки и отличную термическую стабильность. Эти факторы делают кремний предпочтительным материалом для изготовления чипов, хотя и другие материалы также имеют свои уникальные преимущества в конкретных областях применения.