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造芯片的沙子快没有了?

时间:2019-09-23 10:30  编辑:眼爆科技

在手机、电脑、智能手表这些电子设备中,芯片是其最核心的零部件。芯片也是半导体行业集成度最高的元器件,而生产其所用的硅材料,主要来源于沙砾。

近日英国《自然》杂志发文称,目前沙子和砾石的采掘速度,已超过其自然恢复的速度。因此,地球上沙子的需求量可能很快就会超过供给量。一时间,“沙子快没了”的消息在网上引发热议。

硅是半导体行业的基石,而沙子是提取硅的重要原料。近半个世纪以来,半导体行业的迅猛发展,是否造成了沙子的过度采掘?沙子资源枯竭是否会引发半导体行业的发展危机?

就上述问题,科技日报记者采访了业内相关专家。

凭存量大、易提纯特性脱颖而出

沙子是地球地壳中含量较丰富的物质,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%。沙子的种类主要有两种:天然沙和机制沙,天然沙又可被分为河沙、海沙和山沙。

那么,为何硅成了制造半导体器件的基础材料呢?

“这主要是因为,硅的化学性质较稳定,具有优异的半导体特性;其次,硅的储量极为丰富,在地壳中的丰度高达27.72%。”北京理工大学材料学院副研究员常帅在接受科技日报记者采访时表示,此外如今单晶硅制取技术十分成熟,相关的基于硅片的半导体制造工艺如掺杂、光刻等也已普及,制造成本相对可控。

黄河上游水电开发有限责任公司是一家从事硅材料制造的企业,其青海新能源分公司副总经理秦榕在接受科技日报记者采访时也指出,硅之所以成为半导体行业的“灵魂”原料,主要是由硅的化学性质决定的。

“在工业生产中,提纯硅比较容易,并能达到很高的纯度。凭借存量大且易提纯的特性,硅材料的制造成本越来越低,这也在一定程度上降低了手机、电脑等终端产品的定价。过去,笔记本电脑动辄上万元,现在只需几千元就能买到配置很好的电脑。”秦榕说。

沙子要变成硅材料,要经过怎样的历程?

常帅介绍道,首先,要用碳将硅从富含二氧化硅的沙子中提取出来,通过炭粉还原的方式,将沙子中的二氧化硅转换成纯度超过98%的硅材料,这种材料也被称为工业硅。但纯度98%的工业硅,还不能用于芯片制造,还需应用一些化工工艺将工业硅进一步纯化。纯化后的硅属于多晶硅或无定形硅,此时硅的纯度虽达标,但由于其内部的原子排列很混乱,依旧无法直接应用于精密半导体器件的一线生产。所以,需要通过一些方法将纯度达标的硅材料制成单晶硅。在实际生产操作中,工作人员主要是通过直拉法或区熔法,将多晶硅或无定形硅转换成为单晶硅硅锭。

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