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沙子快没了!别担忧 造芯片主要用的不是它
2022-02-01 01:15
本文摘要:2019-09-18泉源:科技日报作者:张 蕴在手机、电脑、智能手表这些电子设备中,芯片是其最焦点的零部件。芯片也是半导体行业集成度最高的元器件,而生产其所用的硅质料,主要泉源于沙砾。克日英国《自然》杂志发文称,现在沙子和砾石的采掘速度,已凌驾其自然恢复的速度。因此,地球上沙子的需求量可能很快就会凌驾供应量。 一时间,“沙子快没了”的消息在网上引发烧议。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,半导体行业的迅猛生长,是否造成了沙子的过分采掘?

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2019-09-18泉源:科技日报作者:张 蕴在手机、电脑、智能手表这些电子设备中,芯片是其最焦点的零部件。芯片也是半导体行业集成度最高的元器件,而生产其所用的硅质料,主要泉源于沙砾。克日英国《自然》杂志发文称,现在沙子和砾石的采掘速度,已凌驾其自然恢复的速度。因此,地球上沙子的需求量可能很快就会凌驾供应量。

一时间,“沙子快没了”的消息在网上引发烧议。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,半导体行业的迅猛生长,是否造成了沙子的过分采掘?沙子资源枯竭是否会引发半导体行业的生长危机?就上述问题,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富厚的物质,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质料呢?“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,硅的储量极为富厚,在地壳中的品貌高达27.72%。

”北京理工大学质料学院副研究员常帅在接受采访时表现,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,制造成底细对可控。从事硅质料制造行业的秦榕在接受采访时也指出,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议的。“在工业生产中,提纯硅比力容易,并能到达很高的纯度。

凭借存量大且易提纯的特性,硅质料的制造成本越来越低,这也在一定水平上降低了手机、电脑等终端产物的订价。已往,条记本电脑动辄上万元,现在只需几千元就能买到设置很好的电脑。”秦榕说。

沙子要酿成硅质料,要经由怎样的历程?常帅先容道,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凌驾98%的硅质料,这种质料也被称为工业硅。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杂乱,依旧无法直接应用于细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质料制成单晶硅。在实际生产操作中,事情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。

“简而言之,只有高纯度的单晶硅,才气用作生产质料。”常帅说。半导体行业用硅量很是有限沙子是仅次于空气、水,全球需求量最大的自然资源,也是人类生产运动必不行少的基础性原质料。统计显示,当前全球沙子年产量约为500亿吨。

英国《自然》杂志刊文指出,这个用量比自然再生率要高。到本世纪中叶,需求量就可能凌驾供应量。

而前不久,来自团结国情况计划署的一份陈诉显示,最近20年,随着消费模式的转变、人口的增长、都会化和基础设施的生长,人类对沙子的需求量增加了3倍。那么,全球沙子的存量是否够半导体行业未来生长所用?沙子存量日益淘汰,是否会引发半导体行业原质料价钱的上涨?常帅认为,半导体行业的迅猛生长和沙砾过分采掘之间并无太多相关性。

“实际上,《自然》所报道的沙子求过于供的情况最可能泛起在修建行业,因为修建用沙有一定的尺度,沙漠中的沙子或海沙一般都不切合要求,只有河沙合适。加之,近年来修建行业的快速生长,导致世界各地的河沙开采和消耗速率凌驾了自然恢复速率。

”他说。常帅还提出,半导体行业所用的硅质料,其主要泉源并不是河沙,而是种种含硅的矿石,如脉石英、石英砾石等。这些矿石在地球的储量很是大,而且半导体这种高精尖化工业对硅质料的消耗量远小于修建行业,因此“沙子不够用”这一问题不会成为半导体行业生长的瓶颈。

“全球多晶硅年产能约为64万吨,用于制造芯片的只有3万吨;半导体用硅质料,仅占全部硅质料总产量的5%。半导体行业用硅量很是小,即便沙子真不够用,也很难引发原质料价钱整体上涨。”秦榕表现,其实在整个硅质料应用中,半导体只是一个很小的应用领域,大量的硅质料,如太阳能级硅、有机硅等都被用于修建、运输、化工、纺织、食品、医疗等领域。

“我们日常生活中的许多工具,都市应用到硅元素,好比通信用的光纤、农药、洗发水、化妆品等,只是我们很少关注而已。”秦榕说。

现在没有可替代硅的原质料虽然短期内,不用费心沙子变少会对半导体行业发生重大影响,可是我们还会有隐隐地担忧:倘若有一天沙子真没了,是否有能替代硅的新原料?对此,秦榕和常帅都认为,以如今的技术水平来看,尚难找到替代性原料。“现在尚没有可替代硅的新物质。”秦榕表现,“信息技术第一规则”摩尔定律指出,集成电路上可容纳的元器件数目每18个月约翻1倍。

“可元器件的数量不行能无限制地增长下去,单元面积上可集成的元器件数目会到达极限,这之后一定会泛起新技术,但什么时候能泛起不得而知,所以半导体器件制造依旧会沿袭现有工艺,硅依旧会是主要制造质料。”她说。除了技术因素外,在寻找替代性质料时,成本是最大的考量因素。秦榕认为,在对成本思量较少、对技术可靠性要求较高的航天、军事等领域,或许能用得起硅质料的替代品。

但在绝大部门领域,替换现有“物美价廉”的硅而转用其他质料,很可能会导致电子信息类产物成本暴涨。常帅的看法佐证了以上说法。他认为,现在在质料领域,科学家虽针对取代硅质料的新型质料展开了种种研究,但这些研究主要是围绕弥补硅质料的一些固有缺陷举行的,如硅质料的载流子迁移率还不够快、透明性及发光性差等,这些劣势限制了其在半导体某些领域里的应用。“对于种。


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