沙子快没了!别担心,造芯片主要用的不是它

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  在手机、电脑、智能手表什么电子设备中,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。而且,地球上沙子的需求量因为变快就会超过供给量。一时间,“沙子快什么都越来越”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,算不算造成了沙子的过度采掘?沙子资源枯竭算不算会引发半导体行业的发展危机?

  就上述难题,科技日报记者采访了业内相关专家。

  凭存量大、易提纯型态脱颖而出

  沙子是地球地壳蕴藏量较富足的物质,沙子中所蕴藏的元素硅,是地球地壳中第2大组成元素,约占地壳总质量的25%。沙子的种类主要有四种 :天然植物沙和机制沙,天然植物沙又可被分为河沙、海沙和山沙。

  越来越,为什么我硅成了制造半导体器件的基础材料呢?

  “这主全都 因为,硅的化学性质较稳定,具有优异的半导体型态;其次,硅的储量极为富足,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图片 是什么 是什么是什么图片 图片 是什么期是什么是什么的句子的句子的句子,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,硅四种 成为半导体行业的“灵魂”原料,主全都 由硅的化学性质决定的。

  “在工业生产中,提纯硅比较容易,可以达到很高的纯度。凭借存量大且易提纯的型态,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,要经过怎么的历程?

  常帅介绍道,首先,要用碳将硅从蕴藏二氧化硅的沙子中提取出来,通过炭粉还原的方法,将沙子中的二氧化硅转上加纯度超过98%的硅材料,一点材料也被称为工业硅。但纯度98%的工业硅,还越来越用于芯片制造,还需应用一点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,但因为其外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。全都,都要通过一点方法将纯度达标的硅材料制成单晶硅。在实际生产操作中,工作人员主全都 通过直拉法或区熔法,将多晶硅或无定形硅转上加为单晶硅硅锭。

  “简而言之,越来越高纯度的单晶硅,可以用作生产材料。”常帅说。

  半导体行业用硅量非常有限

  沙子是仅次于空气、水,全球需求量最大的自然资源,也是人类生产活动必不可少的基础性原材料。

  统计显示,当前全球沙子年产量约为100亿吨。英国《自然》杂志刊文指出,一点用量比自然再生率要高。到本世纪中叶,需求量就因为超过供给量。而前不久,来自联合国环境规划署的一份报告显示,最近20年,随着消费模式的转变、人口的增长、城市化和基础设施的发展,人类对沙子的需求量增加了3倍。

  越来越,全球沙子的存量算不算够半导体行业未来发展所用?沙子存量日益减少,算不算会引发半导体行业原材料价格的上涨?

  常帅认为,半导体行业的迅猛发展和沙砾过度采掘之间并无太久相关性。“实际上,《自然》所报道的沙子供不应求的情况表最因为跳出在建筑行业,因为建筑用沙有一定的标准,沙漠中的沙子或海沙一般完整还会符合要求,越来越河沙为宜。加之,近年来建筑行业的快速发展,因为世界各地的河沙开采和消耗速度超过了自然恢复速度。”是我不好。

  常帅还提出,半导体行业所用的硅材料,其主要来源并完整还会河沙,全都 各种含硅的矿石,如脉石英、石英砾石等。什么矿石在地球的储量非常大,而且半导体一点高精尖化产业对硅材料的消耗量远小于建筑行业,而且“沙子欠缺用”一点难题不用成为半导体行业发展的瓶颈。

  “全球多晶硅年产能约为64万吨,用于制造芯片的越来越3万吨;半导体用硅材料,仅占完整硅材料总产量的5%。半导体行业用硅量非常小,即便沙子真欠缺用,也没能引发原材料价格整体上涨。”秦榕表示,其真是整个硅材料应用中,半导体全都 越来越 很小的应用领域,极少量的硅材料,如太阳能级硅、有机硅等都被用于建筑、运输、化工、纺织、食品、医疗等领域。

  “大家日常生活中的全都东西,还会应用到硅元素,比如通信用的光纤、农药、洗发水、化妆品等,全都 大家很少关注罢了。”秦榕说。

  目前越来越可替代硅的原材料

  真是短期内,不用操心沙子变少会对半导体行业产生重大影响,而且大家还会有隐隐地担忧:倘若有一天沙子真什么都越来越,算不算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。

  “目前尚越来越可替代硅的新物质。”秦榕表示,“信息技术第一法则”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。“可元器件的数量不因为无限制地增长下去,单位面积上可集成的元器件数目会达到极限,这然后 必然会跳出新技术,但什么然后 能跳出不得而知,全都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材料。”她说。

  除了技术因素外,在寻找替代性材料时,成本是最大的考量因素。

  秦榕认为,在对成本考虑较少、对技术可靠性要求较高的航天、军事等领域,或许能用得起硅材料的替代品。但在绝大要素领域,替换现有“物美价廉”的硅而转用一点材料,很因为会因为电子信息类产品成本暴涨。

  常帅的观点佐证了以上说法。他认为,目前在材料领域,科学家虽针对取代硅材料的新型材料展开了种种研究,但什么研究主全都 围绕弥补硅材料的一点固有欠缺进行的,如硅材料的载流子迁移率还欠缺快、透明性及发光性差等,什么劣势限制了其在半导体一点领域里的应用。

  “对于各种新型材料,不管是早期的砷化镓还是当下炙手可热的石墨烯,抑或是各种有机半导体材料,它们在实际应用中,受制于工艺繁琐或成本高昂,尚无法撼动硅材料的霸主地位。而且,真是一点材料在某方面的性能或许能超过硅,但在一点方面却指在越来越 或那样的缺点。因为在不久的将来,当材料技术获得突破,什么缺点都被克服,越来越替代硅的材料就真的跳出了。”常帅表示。