Proč je křemík hlavní materiál pro většinu počítačových čipů?

V roce 1965 Gordon Moore předpověděl, že počet tranzistorů na integrovaných obvodech se bude přibližně každé dva roky zdvojnásobovat – dnes známý Mooreův zákon. Přesnost této předpovědi je i nadále patrná a umožnila rychlý vývoj výkonných počítačů. Klíčovým faktorem, který tento růst umožnil, je snadnost a univerzálnost křemíku.

Polovodič

Křemík patří mezi polovodiče, tedy materiály, které leží mezi vodivými kovy a izolátory. Na rozdíl od mědi, která vede proud téměř bez omezení, a skla, které proud zcela blokuje, lze křemík díky procesům nazývaným „dopování“ upravit tak, aby byl vodivý, izolační nebo něco mezi tím. Do krystalické mřížky se zavádějí drobné množství nečistot, čímž se mění jeho elektrické vlastnosti.

Stabilita

Kromě křemíku se jako polovodiče používá také uhlík (v diamantové formě) a germanium. Diamant je příliš křehký pro výrobu čipů a germanium, i když se používalo v raných počítačích, ztrácí vodivost při vyšších teplotách. Křemík zůstává polovodičem i při podstatně vyšších teplotách, což je zásadní pro čipy pracující v blízkosti dalších komponent, které generují teplo.

Jednoduchost úpravy

U křemíku lze vodivost měnit velmi snadno. Díky dopování lze přidat prvky, které zvyšují nebo snižují jeho vodivost, a dokonce jej učinit izolačním. Tento flexibilní přístup umožňuje výrobcům použít méně různých materiálů a vytvořit složitější obvody s vyšší funkcionalitou.

Náklady

Po kyslíku je křemík druhým nejhojnějším prvkem na Zemi a lze jej snadno získat ze zemského písku. Široká dostupnost a jednoduchost zpracování činí křemík levným materiálem ve srovnání s jinými polovodiči, což významně snižuje náklady na výrobu čipů.