sashapronin Удивительный песок


Казалось бы, какую связь можно обнаружить между песком, стеклом и компьютерами? И все-таки она тесней, чем можно предполагать. Ведь у них по крайней мере одинаковая основа.

Если бы алхимики в своих поис­ках источника доходов не ошиблись и не отдали предпочте­ние золоту и его изготовлению в лабораторных условиях, то, воз­можно, история человечества сло­жилась бы иначе. Вместо бесплод­ных усилий в области невозмож­ного им следовало бы «строить свои планы на песке». А точнее, на кварцевом песке, который в чис­той форме является не чем иным,как соединением химических эле­ментов кремния и кислорода, а в форме крупных кристаллов изве­стен как обычный плавиковый шпат. Вероятно, алхимикам квар­цевый песок казался слишком не­значительным, ведь он — в отли­чие от очень редкого золота — встречается в природе в неизмери­мых количествах.Правда, нельзя сказать, что ал­химики вообще ничего не зналипро песок. Ведь еще вXVIIв. до н.э. в Месопотамии из него делали стекло. В Египте еще за 3000 лет до н.э. делали стеклоподобную глазурь; первые же египетские стеклянные сосуды появились около 1500 года до н.э. Древней­шее из известных стекольное производство было создано в Египте около 1350 года до н.э.Самый древний рецепт изготов­ления стекла, дошедший до нашихдней, записан на глиняных таблич­ках, хранившихся в библиотеке ас­сирийского царя Ашурбанипала (668 — 626 гг. до н.э.). В нем говорит­ся: «Возьми 60 частей песка, 180 ча­стей золы из морских водорослей, пять частей мела, и ты получишь стекло». И по сей день этот рецепт остается в принципе таким же. Пе­сок был и остается универсальным материалом, из которого можно делать как простое оконное стекло, так и бронированное стекло или украшения.Деньги вместо золотаИз песка нельзя изготовить толь­ко чистое золото, такое, о каком мечтали алхимики. Зато содержа­щийся в песке кремний — и это поняли вXXвеке ученые, инже­неры и коммерсанты — можно превращать в деньги. Мы уж не говорим про силиконы, силициды и прочие современные материа­лы. Сейчас речь идет о чистом кремнии, который в противопо­ложность окислу кремния, т.е. кварцу и кварцевому песку, в при­роде не встречается.Кремний как раз и оказался тем самым вожделенным фило­софским камнем. Впрочем, найти его удалось не с помощью чистых экспериментов, в той или иной степени слепых. Нет, главную роль в его открытии сыграли тео­ретические выкладки — а говоря точней, здесь потребовалась кван­товая теория, которая в результа­те оказалась не бредовой фанта­зией, как многие считали прежде.Лишь на основе современных физических открытий удалось создать транзисторы. Чтобы могли функционировать транзисторы, которые в принципе есть не что иное, как переключатели, потре­бовались полупроводники. Эти ма­териалы по своим свойствам пред­ставляют нечто среднее между проводящими металлами и непро­водящими неметаллами (изолято­рами).Идеальный полупроводникПомимо этого, нужно, чтобы элек­трическими свойствами такого полупроводника можно было



Сделан из песка

Песок как исходный материал универсален. Строить из песка любят дети. Из него можно создавать красивые песчаные крепости и стеклянные изделия, такие, как этот куб, разлагающий свет на все цвета радуги.



Стекольная мастерская 600 лет назад

На этой книжной иллюстрации (Фламандия,XVв.) показаныпроцесс варки стекла в Богемии и мастер-стеклодув(из «Путешествий сэра Джона Мандевилла»).

управлять. И вот чистый кремний оказался таким почти идеальным полупроводником. Первые тран­зисторы из кремния (наряду с гер­маниевыми) появились между 1944 и 1946 гг. Первые серийные транзисторные радиоприемники заработали уже в конце 50-х годов. Микроэлектроника стреми­тельно развивалась; удавалось со­здавать все более крупные и со­вершенные кремниевые кристал­лы. Тогда же выяснилось, что на определенные участки такого кристалла можно встраивать ато­мы фосфора или бора. Таким об­разом в конце концов в 1960-х го­дах были изготовлены первые микросхемы.ЧИП ИЛИ ПЛАСТИНКАСлово «чип» по-английски означа­ет «отрезанный кусочек» пай «пластинка». Сегодня под этим термином понимается электронная полупроводниковая микросхема, как правило, кремниевая пластинка площадью 1—2 см2, на которой интегрированы до 10 млрд. крошечных элементов — главным образом транзисторы, а также конденсаторы и другие электронные компоненты, соединенные тончайшими, короткими прово­дами.На таком крошечном чипе может уместиться маленький компьютер; он и называется микропроцессор. Либо он умеет накапливать информацию в форме электрических зарядов, тогда его называют чип памяти. Микросхемы служат душой компьютера, они создают основу для сложнейших цифровых систем.Все мельчеУже сегодня сконструировать такой чип — настоящее искусств для сравнения скажем, что такая задача аналогична планированию большого города со всеми домами и улицами и затем сооружению его на площади размером не больше ногтя большого пальца. От стремительного прогресса микроэлектроники захватывает дух. При этом преследуется цель дальнейшей миниатюризации составляющих компонентов и увеличения их сложности. Поэтому ученые работают над повышеним функциональности чипов и одвременно над увеличением скорости компьютера. До конца этого процесса еще очень далеко.


Изготовление чипов в стерильном помещенииИзготовление электронной микросхемы на чипе, которыйзатем станет управлять автомобилем, станком или персональным компьютером, контролируется с помощьюмикроскопа.

И все это делается на основе кремния. Еще в 1960 году крем­овые кристаллы были почти не изучены. Не было тогда и чипов между тем теперь продажа мик­росхем приносит ежегодно око­ло 150 млрд. евро. Если к этому добавить все, что так или иначе связано с их производством, по­лучится ежегодный оборот в 2500 млрд. евро — едва ли не четверть продукции общей мировой индустрии.Как функционируют полупроводники?Полупроводники - материалы, чья электропроводность значительно ниже, чем у металлов, но сильно увеличивается при повышении температуры. Кроме кремния, к их числу принадлежат, например, селен, германий, оксид меди. Свойства полупроводников можно целенаправленно изменять, добавляя (легируя) мельчайшие количества других элементов. Если к обычно четырехвалентному



При изготовлении микросхем кремниевые пластины, вафли, транспортируются на воздушной подушке от одного технологического этапа к другому.

основному материалу (например, германию) добавить в качестве донора пятивалентный элемент, тогда он станет отдавать электроны, которые теперь смогут перемещаться в электрическом поле и создавать ток; их называютn-проводники. Трехвалентный элемент, будучи акцептором, забирает электроны из основного материала, а возникающие из-за этого дефектные места (дырки) ведут себя как положитель­ные электроны. Такой материал называется р-проводник. Полупроводниковые элементы служат основой для многих современных технологий, например для электронно-вычислительной техники, микросистемной техники или солнечной энергетики.