Из чего всё сделано? Рассказы о веществе

Силиконовая долина

А это что за игрушка? Игровая приставка «Плейстейшн»? Спасибо, что показали, я теперь хоть знаю, как она выглядит, во времена моего детства таких игрушек не было. Как и любимой папиной «игрушки» — персонального компьютера. И маминой — мобильного телефона, с которым она не расстаётся ни на минуту. А из чего сделана начинка всех этих электронных устройств, процессоры и чипы, флешки и сим-карты? Я уже слышу, как вы кричите: «Из вещества!» Правильно. Всё сделано из вещества. Только вот из какого в данном случае?

Имя этому веществу — кремний. Именно этот элемент, который вместе с кислородом образует песок (тот, что на пляже), лежит в основе всей современной электроники и даже всей нашей цивилизации. Кремний — символ высоких технологий, и неслучайно место в Калифорнии, где сосредоточены главные американские фирмы в области хай-тека, называется Силиконовой, или Кремниевой, Долиной. Можно сказать, что мы живём в каменном веке.

Для того чтобы получить кремний, который удовлетворит электронщиков, химикам пришлось крепко потрудиться. Мало того что он должен быть суперчистым, то есть содержать строго определённые примеси в количестве не более одного атома примеси на миллион атомов кремния. Но кроме этого, всё электронное устройство должно быть собрано на одном цельном кристалле кремния.

Силиконовая долина — это всего лишь точка на географической карте штата Калифорния в США. Это городок, в котором живут и работают ученые, придумывая нам на радость всякие электронные штучки. Здесь ничего не добывают. Здесь производят знания и технологии

Микрочипы и сейчас очень маленькие, размером с муравья. Но они будут еще меньше по мере того, как химики создадут новые необычные материалы

Как вырастить такой кристалл? Сначала получают чистый кремний. В принципе получить кремний просто, достаточно смешать песок с углем — два природных, широко распространённых вещества — и нагреть до 1800°С. Углерод оторвет кислород от кремния и улетит с ним в виде углекислого газа. Но в таком кремнии будет множество примесей, поэтому химики придумали другую технологию. Кремний в результате получался чистым, но это был порошок, состоящий из мелких кристалликов.

Чтобы превратить их в один кристалл, порошок загружают в большую ёмкость, сделанную из кварца, расплавляют, затем в расплав опускают в качестве затравки небольшой кристаллик кремния и при небольшом охлаждении начинают медленно вытягивать его из расплава. Кремний из расплава постепенно осаждается на поверхности растущего кристалла и в конце процесса превращается в один, практически идеальный кристалл. Диаметр этого кристалла доходит до 40 сантиметров, а длина — до полутора метров

Но это только полдела. Ведь кристалл ещё нужно разрезать на пластины толщиной менее одного миллиметра. Это делают с помощью, например, стальной проволоки, покрытой алмазной крошкой, а потом пластины тщательно полируют.

Затем на этой пластине начинают собирать транзисторы — вы, несомненно, слышали это слово. Транзистор — это такое устройство, которое способно запомнить букву или цифру, складывать эти буквы в слова, а цифры в числа, делать с ними разные вычисления или превращать их в звук или картинку. Так сейчас и говорят: цифровые плееры, цифровые фотографии, цифровое телевидение.

Как вы думаете, сколько транзисторов размещается на одном квадратном сантиметре современных чипов? Более ста миллионов! А размер самого транзистора настолько маленький, что его невозможно разглядеть в самый лучший оптический микроскоп. Как же технологи ухитряются собирать такие маленькие устройства? Это очень интересно, но об этом вы прочитаете в других книгах, когда немного подрастёте.

Кстати, а как устроен кристалл кремния? Точно так же, как кристалл алмаза. Эх, жаль, что большие алмазы нельзя делать, вытягивая маленький кристаллик алмаза из расплава графита. Одна из причин заключается в том, что графит не плавится. Такая вот сложная наука химия! У каждого вещества — свой характер.

И тогда обычные компьютеры мы все дружно понесём на свалку. Впрочем, она уже давно заполняется