Les semi-conducteurs sont des matériaux qui ne sont ni de bons conducteurs électriques ni de bons isolants. Ils constituent l’une des technologies habilitantes les plus importantes pour les ordinateurs numériques. Les semi-conducteurs sont la base de tous les appareils électroniques modernes qui utilisent des circuits. Ces matériaux ont d’abord été introduits à l’informatique pour résoudre les problèmes liés aux tubes à vide utilisés dans les ordinateurs analogiques. Tous les semi-conducteurs ne sont pas bons pour l’utilisation dans les ordinateurs. Ceux qui sont utilisés dans les ordinateurs doivent être fabriqués avec soin pour créer les propriétés désirables. Les spécialistes des matériaux travaillent d’arrache-pied à la mise au point de nouveaux matériaux semi-conducteurs destinés à être utilisés dans les ordinateurs. Les ingénieurs électriciens travaillent également à la conception de nouveaux dispositifs semi-conducteurs pour améliorer les performances des ordinateurs.
Sommaire de cette fiche pratique
Pourquoi utiliser des semi-conducteurs dans les ordinateurs ?
Les semi-conducteurs ont d’abord été introduits aux ordinateurs pour résoudre des problèmes courants dans les dispositifs informatiques analogiques. La plupart de ces problèmes étaient liés aux tubes à vide, un composant fondamental des ordinateurs analogiques. Les tubes fuyaient souvent, et les métaux utilisés pour transmettre les électrons à l’intérieur des tubes brûlaient fréquemment. Les semi-conducteurs n’ont pas souffert de ces problèmes. Les matériaux semi-conducteurs conduisent les électrons d’une manière tout à fait différente de celle des métaux, ce qui les empêche de brûler. Contrairement aux tubes à vide, les semi-conducteurs n’avaient pas besoin de se réchauffer pendant de longues périodes de temps avant d’être utilisés. De plus, ils nécessitent beaucoup moins d’espace qu’une série de tubes à vide. Le premier transistor à semi-conducteur a été fabriqué en 1947. Le premier circuit intégré basé sur la technologie des semi-conducteurs a suivi peu après, en 1959.
Matériaux semi-conducteurs utilisés dans les ordinateurs
Tous les semi-conducteurs ne conviennent pas à l’utilisation dans les ordinateurs. Le matériau qui est devenu le semi-conducteur standard pour les circuits est le silicium. Le silicium est l’élément le plus abondant de la croûte terrestre et il est accessible de presque n’importe où sur terre. Cela rend le silicium peu coûteux, ce qui réduit le coût des ordinateurs et d’autres dispositifs technologiques. Certains ordinateurs utilisent d’autres matériaux semi-conducteurs pour atteindre des vitesses de conduction d’électrons plus rapides. Un exemple est le germanium avec une petite concentration d’impuretés d’arsenic. Bien que ce matériau atteigne des taux de conduction plus rapides, son coût est beaucoup plus élevé que celui du silicium.
Fabrication de semi-conducteurs destinés à être utilisés dans les ordinateurs
Les matériaux semi-conducteurs comme le silicium ne peuvent être utilisés dans les ordinateurs que s’ils présentent une bonne gamme de propriétés, ce qui nécessite des matériaux semi-conducteurs de haute pureté. La fabrication de ces matériaux nécessite l’utilisation de procédés de fabrication spécialisés. Les plaquettes de silicium pur sont découpées à partir de cristaux géants qui sont cultivés artificiellement dans des fours à des températures élevées. Ces cristaux sont exempts d’impuretés qui endommageraient les propriétés souhaitables du matériau semi-conducteur. Une fois que le cristal a été transformé en un lingot de grande taille, les tranches minces sont tranchées, polies et nettoyées. L’une des raisons pour lesquelles le coût des ordinateurs continue de baisser est un effort continu pour améliorer le processus de fabrication des matériaux semi-conducteurs.
Semi-conducteurs de développement
Les scientifiques sont constamment à la recherche de moyens d’améliorer les semi-conducteurs utilisés dans les ordinateurs. Les spécialistes des matériaux cherchent des moyens d’améliorer directement les propriétés des matériaux. Par exemple, il est maintenant courant d’ajouter de petites concentrations d’ions d’impuretés pour augmenter les taux de conduction. Les ingénieurs électriciens essaient d’utiliser les semi-conducteurs de nouvelles façons d’améliorer les performances informatiques. La modification de la forme des dispositifs semi-conducteurs pourrait réduire la chaleur générée à l’intérieur des parties de l’ordinateur, ce qui permettrait d’avoir des ordinateurs plus rapides et plus efficaces. Les chercheurs doivent trouver un équilibre entre l’amélioration de la performance et l’augmentation des coûts lorsqu’ils examinent ce qui est pratique pour une utilisation quotidienne.
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