Apa itu silikon, dan mengapa chip komputer dibuat darinya?

Ini mungkin tampak seperti pertanyaan yang konyol, yang bisa dijawab hanya dengan beberapa kata pendek: Silikon adalah elemen ke-14 pada Tabel Periodik. Ia adalah salah satu unsur dasar alam semesta, satu proton lebih berat dari aluminium, satu proton lebih ringan dari fosfor. Namun silikon, lebih dari hampir semua elemen lainnya, terlalu sering muncul di situs seperti 2007es.com - ini adalah komponen utama dalam bahan bangunan yang menyusun rumah Anda, itu adalah dasar dari semua prosesor komputer saat ini, dan bahkan yang paling banyak. calon yang mungkin mendasari alien, kehidupan non-karbon. Apa sebenarnya yang membuat silikon begitu istimewa?

Banyak hal.

Silikon sebagai blok bangunan



Yang paling menonjol di antara fitur pembeda silikon adalah, sederhananya, ada banyak sekali. Setelah oksigen, ini adalah unsur paling melimpah kedua di kerak bumi - tetapi jangan berharap menemukannya begitu saja. Silikon hampir tidak pernah ditemukan dalam keadaan murni di alam, dan hampir selalu muncul sebagai senyawa dengan unsur lain. Ini paling sering ditemukan sebagai silikat (SiO4, Atau satu atom silikon terikat pada empat atom oksigen) dan silika (SiOdua, atau satu atom silikon terikat pada dua atom oksigen). Silika, dalam bentuk kasar dan sangat tercemar, merupakan komponen utama pasir. Feldspar, granit, kuarsa, dan lainnya semuanya didasarkan pada senyawa silikon-oksigen.

Campur ini dengan air dan kerikil, dan Anda

Campurkan ini dengan air dan kerikil, dan Anda akan mendapatkan beton.

Senyawa silikon memiliki berbagai macam sifat berguna, terutama karena mereka dapat mengikat atom lain dengan sangat erat, dan dalam pengaturan yang rumit. Berbagai silikat, seperti kalsium silikat, merupakan komponen utama semen Portland, pengikat utama dalam beton, mortar, dan bahkan plesteran. Beberapa bahan kaya silikat dapat dipanaskan untuk menghasilkan keramik yang mengeras seperti porselen, sementara yang lain akan melebur untuk membentuk bentuk utama kaca dunia, kaca soda-kapur. Dan silikon juga dapat berguna sebagai jejak aditif dalam zat lain, seperti besi cor, yang menggunakan karbon dan silikon untuk membuat besi lebih tangguh dan tidak rapuh.

Dan, ya, silikon juga merupakan komponen struktural utama dari bahan sintetis silikon, tetapi jangan bingung antara keduanya - jika memang itu Lembah Silikon, dunia teknologi adalah tempat yang sangat berbeda dari yang kita lihat saat ini.

Silikon sebagai chip komputer

Saat memilih elemen untuk digunakan sebagai dasar transistor komputer, kata kuncinya adalah resistansi. Konduktor memiliki resistansi rendah, dan melewatkan arus listrik dengan sangat mudah, sedangkan isolator memiliki resistansi tinggi (dapat diprediksi), dan memperlambat atau memblokir aliran elektron. Untuk transistor yang harus bisa dinyalakan dan dimatikan sesuka hati, kita membutuhkan a semi-konduktor, zat dengan resistansi antara konduktor dan isolator. Semikonduktor terbaik untuk industri dapat diperlakukan dengan berbagai macam 'dopan' untuk menyesuaikan ketahanannya secara halus, sesuai kebutuhan.

Kristal silikon murni, disebut ingot.

Kristal silikon murni, disebut ingot.

Silikon bukan satu-satunya zat semikonduktor di Bumi - bahkan bukan semikonduktor terbaik di Bumi. Apa itu, sejauh ini adalah semikonduktor paling melimpah di Bumi. Silikon sudah tersedia di seluruh dunia; Anda tidak perlu mengimpornya dari tambang khusus Afrika, atau melakukan perawatan yang mahal dan mencemari selama berbulan-bulan hanya untuk mendapatkannya. Sangat mudah untuk mengerjakannya dan, yang terpenting, para ilmuwan telah menemukan cara yang dapat diandalkan untuk menumbuhkannya menjadi kristal yang tertata sempurna. Kristal-kristal ini menjadi silikon seperti berlian menjadi karbon.

Menumbuhkan kristal silikon yang sangat besar dan hampir sempurna adalah salah satu keterampilan utama dalam pembuatan chip komputer modern. Kristal-kristal ini kemudian diiris menjadi wafer tipis, kemudian diukir, diproses, dan diolah dengan ratusan cara berbeda sebelum dipotong dadu dan dikemas ke dalam prosesor komersial. Dimungkinkan untuk membuat transistor superior dari hal-hal seperti karbon, dan bahkan bahan yang lebih eksotis seperti germanium, tetapi tidak satupun dari mereka memungkinkan jenis manufaktur silikon massal memungkinkan melalui pertumbuhan kristal yang besar - setidaknya, belum.

Saat ini, kristal silikon (disebut 'ingot') dibuat dalam silinder berdiameter 300 mm, tetapi penelitian dengan cepat mendekati ambang batas 450 mm. Itu akan membantu menekan biaya produksi, dan dengan demikian membiarkan kecepatan terus naik, setidaknya selama satu dekade atau lebih. Setelah itu? Mungkin akhirnya tidak ada pilihan selain meninggalkan silikon untuk sesuatu yang kurang berlimpah dan mudah digunakan - kabar baik untuk kecepatan pemrosesan, tetapi hampir pasti kabar buruk untuk dompet Anda.

Silikon sebagai kehidupan alien

silikon 5

Ungkapan “kehidupan berbasis karbon” sering dilontarkan, tapi apa artinya sebenarnya? Ini berarti bahwa molekul struktural inti yang menyusun tubuh kita (protein, asam amino, asam nukleat, asam lemak, dan lainnya) dibangun di atas kerangka atom karbon. Itu karena karbon memiliki sifat yang bagus sebagai 'tetravalen'. Oksigen hanya dapat membentuk dua ikatan kimia yang stabil sekaligus (sehingga mengarah ke air, atau H.duaO), dan nitrogen hanya tiga (sehingga menyebabkan amonia, atau NH3), Tetapi karbon dapat secara stabil menahan hingga empat atom berbeda sekaligus (sehingga memberi kita metana, atau CH4). Tetravalensi adalah dasar yang kuat untuk membangun molekul yang kuat dan kompleks secara geometris, dan duo keutamaan kimiawi itu telah memungkinkan evolusi semua kehidupan yang saat ini dikenal di alam semesta.

Star Trek

Star TrekHorta seharusnya berbahan dasar silikon.

Namun, jika kita mengetahui bagaimana Tabel Periodik disusun, kita tahu bahwa unsur-unsur dalam kolom vertikal memiliki sifat kimia yang serupa - dan tepat di bawah karbon, adalah silikon. Inilah sebabnya mengapa penulis fiksi ilmiah menghabiskan begitu banyak waktu dan tinta untuk gagasan kehidupan berbasis silikon; karena tetravalen itu sendiri, silikon adalah elemen struktural alternatif yang paling masuk akal dalam bentuk kehidupan yang benar-benar baru. Silikon juga senang berikatan kuat dengan atom silikon lain (seperti karbon ke karbon) dan dengan demikian dapat mengunci ganda konformasi tertentu pada tempatnya. Keduanya dianggap penting untuk memungkinkan perkembangan kehidupan.

Tentu saja, dengan silikon yang jauh lebih melimpah di Bumi daripada karbon, pasti ada alasan mengapa kita organik (berbasis karbon), bukan berbasis silikon - dan alasan itu kembali ke Tabel Periodik. Tanpa membahas terlalu banyak detail, unsur-unsur yang secara vertikal lebih rendah pada Tabel Periodik memiliki inti yang lebih berat dan kulit elektron yang lebih besar; silikon secara fisik lebih besar dan lebih berat daripada karbon, membuatnya kurang cocok untuk tugas-tugas super halus seperti, misalnya, DNA rekombinan. Silikon juga kurang reaktif daripada karbon, yang berarti kehidupan berbasis silikon bisa jadi kurang beragam secara kimiawi, atau memerlukan lebih banyak rangkaian enzim silikon penggerak reaksi untuk memaksa senyawa kimia yang kurang diinginkan menjadi ada.

Fakta bahwa semua kehidupan di Bumi adalah organik, meskipun jumlah atom silikon planet melebihi jumlah atom karbon hampir seribu berbanding satu, bisa menjadi indikasi seberapa besar kemungkinan hal itu terjadi di tempat lain di alam semesta. Ada banyak spesies di sini yang menggunakan silikon sampai batas tertentu, tetapi tidak ada yang menggunakannya sebagai elemen struktural DNA. Kehidupan berbasis silikon memang mungkin, tetapi jika memang ada, ada kemungkinan besar ia tidak akan pernah bisa maju ke tingkat kompleksitas yang diizinkan karbon di sini, di rumah.

Silicon dan kamu

Silikon akan terus bermunculan di umpan berita Anda selama bertahun-tahun yang akan datang. Bahkan ketika beberapa orang memandang karbon dan elemen non-silikon lainnya sebagai platform untuk komputasi generasi berikutnya, yang akan diperlukan jika kita ingin melanjutkan tren historis eksponensial dalam daya komputasi, silikon tetap menjadi substansi pilihan di banyak bidang. Akankah kita menemukan cara baru dan menarik untuk mengontrol perlakuannya terhadap elektron? Mungkin. Akankah kita menemukan bahwa itu mendasari semua kehidupan di alam semesta, kecuali yang berevolusi di Bumi? Mungkin tidak, meski bisa saja. Setidaknya, kita tidak akan meninggalkan penggunaannya sebagai bahan bangunan, karena senyawa silikon adalah dasar dari batuan yang membentuk sebagian besar kerak bumi.

Mungkin saja kita akan meninggalkan silikon - tetapi itu mungkin terjadi 20 tahun yang lalu. Kemungkinan besar, itu akan terus menjadi salah satu zat terpenting bagi kemajuan penguasaan manusia atas dunia fisik.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com