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Les puces de silicium sont utilisées dans les ordinateurs car le silicium possède une combinaison unique de propriétés qui le rendent parfaitement adapté à la création de transistors et de circuits intégrés (CI), les éléments fondamentaux des ordinateurs modernes :
* Abondance et rentabilité : Le silicium est le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, ce qui le rend incroyablement peu coûteux à obtenir et à traiter. Ce faible coût est crucial pour produire en masse les milliards de transistors nécessaires, même pour une simple puce informatique.
* Propriétés du semi-conducteur : Le silicium est un semi-conducteur, ce qui signifie que sa conductivité électrique se situe entre celle d'un conducteur (comme le cuivre) et celle d'un isolant (comme le caoutchouc). Cette propriété lui permet d'être facilement manipulé pour agir soit comme un interrupteur (marche ou arrêt), qui constitue la base d'un transistor. En contrôlant précisément la quantité d’impuretés (dopage) dans le silicium, nous pouvons créer des régions bien conductrices de l’électricité (type n) et des régions mal conductrices (type p). L'interaction de ces régions constitue la base de l'action de commutation du transistor.
* Facile à fabriquer : Le silicium peut être purifié à des niveaux extrêmement élevés, créant ainsi un matériau très cohérent, essentiel à la fabrication fiable de puces. Des techniques sophistiquées telles que la photolithographie permettent aux fabricants de graver des motifs incroyablement fins sur des tranches de silicium, créant ainsi des milliards de transistors dans un espace minuscule.
* Bonne conductivité thermique : Le silicium a une conductivité thermique raisonnable, ce qui signifie qu’il peut dissiper la chaleur générée par le fonctionnement de milliards de transistors. Même si cela reste un défi important, cette propriété est cruciale pour prévenir la surchauffe et la défaillance des puces.
* Propriétés isolantes (dioxyde de silicium) : Lorsque le silicium est exposé à l’oxygène, il forme du dioxyde de silicium (SiO2), un excellent isolant naturel. Ceci est crucial pour créer les couches isolantes entre les transistors et les autres composants de la puce, évitant ainsi les courts-circuits.
Alors que d'autres matériaux sont explorés pour des applications spécialisées (comme le nitrure de gallium pour l'électronique de puissance), la combinaison d'abondance, de rentabilité, de propriétés semi-conductrices, de fabricabilité et de conductivité thermique du silicium en fait aujourd'hui le matériau dominant pour les puces informatiques.
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