半导体第三代材料氮化镓能用来制造CPU吗?
●目前半导体第三代氮化镓材料无法制造出CPU芯片。个人观点认为,以后制造芯片的材料为目前美国人要求我国公开技术的量子处理器。这方面我国已经走到世界高科技前沿。到时候要彻底改变半导体及其应用方面唯有龙的传人而不是美国人了。美国人中没有中国人它什么都搞不出来。泱泱大国人才济济,中国加油引领世界。不过,现在阶段GaN材料的研究与应用仍然是全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与SIC、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。
为什么电脑CPU要用硅作为材料而不用其他的呢?
这是一个有趣的问题,为什么我们如今的电脑CPU要使用硅作为原材料而不是其他元素这就需要追溯到当年爱迪生发明电灯时发现的一个有趣现象开始说起。爱迪生效应在1883年的时候,爱迪生在他的实验室中实验各种适合作为灯丝的材料。当时爱迪生已经发明出了碳丝电灯,但由于碳丝熔点太低,所以这种电灯的寿命极低。这时候爱迪生正好突发奇想在灯泡中放一根和碳丝不相连的铜丝看看能不能阻止碳丝蒸发。
但这并没有成功,不过他却发现了一个奇特的现象就是这根铜丝竟然产生了电流,明明铜丝和碳丝没有相连是如何产生电流的呢?其实这是因为碳丝产生的超高温激发了铜丝中的电子,所以产生了电流。但当时的物理理论并没有办法解释这个原因,不过商业嗅觉敏感的爱迪生还是将这个现象注册了专利,并取名为“爱迪生效应”,接着他就继续去研究灯泡材料,不在关心这个效应了。
然而后来的英国物理学家却根据这个爱迪生效应发明了世界上第一个二极管,而美国的发明家德福雷斯特在此基础上发明出三极管,正式开启了电子学的新纪元。第一只晶体管的诞生电子管由于其体积过于巨大再加上严重的发热问题,因此在1945年贝尔实验室的肖克利打算用硅制造一种代替电子管的放大器。但是做了许久,实验都没有进展他就将这个项目交给了他的两个下属:巴丁和布拉顿继续去研究。
巴丁和布拉顿发现,以当时的科技水平想要用硅来制作晶体管难度太大没有办法实现,取而代之的转而使用和硅物理学性质较为相似的锗来作为原材料。因此在1947年,世界上第一个用锗制作的晶体管就诞生了!也因此,在1957年的时候,他们三人因为共同研发了晶体管而获得了那一年的诺贝尔物理学奖,这应该算人类历史上最伟大的发明之一了。
贝尔实验室发明了锗晶体管,接着由德州仪器完成了其在电子领域的大规模运用。当时的收音机,电报机都使用了锗晶体管。但是由于锗较为稀有且价格昂贵,因此一般人还是无法负担起这些电子设备。所以工程师们又重新将目光转向了硅这个材料。随着材料学的发展,工业提纯硅的技术越来越方便,面对价格低廉的硅,很快在1954年廉价且性能稳定的硅晶体管就取代了锗晶体管。
集成电路的诞生硅晶体管诞生以后,工业上仍然需要通过大量的人力将一个个硅晶体管焊接到一起,随着计算机硬件的发展,需要的硅晶体管越来越多,这就让一些设备的体积越来越大。因此德州仪器的以为员工基尔比就设想能否将所有的部件都刻在一个半导体上。由于当时的硅的纯度仍然不高,因此他又选用了锗作为自己的主要材料,他把自己发明的这个半导体材料称之为“集成电路”。
不过有趣的是,仅仅时隔半年,美国仙童公司的诺伊斯就发明了更为廉价的基于硅的集成电路。不过基尔比并没有被世人遗忘,在2000年的时候他凭借着集成电路的发明获得了诺贝尔物理学奖。下图是世界上第一个集成电路。可以说,锗这个元素一直承担着咱们计算机材料领域发展的垫脚石,所有重大的进展几乎都离不开锗这个元素,但由于其高昂的价格相比于硅元素来说并不适合大规模的量产,因此如今的电脑CPU全都使用的是硅元素来作为原材料。