Os eletrônicos baseados em silício superaram significativamente seus equivalentes de cobre em termos de velocidades de comutação, consumo de energia e economia durante décadas, levando à sua ampla adoção na indústria de tecnologia. Embora o cobre tenha condutividade superior e suporte densidades de corrente mais altas, essas vantagens ficam comprometidas à medida que as dimensões dos transistores diminuem para a escala nanométrica nos circuitos integrados (CIs) modernos.

Os transistores atuam como interruptores que controlam o fluxo de sinais elétricos em dispositivos eletrônicos, e seu desempenho depende muito das propriedades do material e da arquitetura do dispositivo. Os transistores baseados em silício podem ser fabricados com melhor precisão, permitindo tamanhos de recursos menores e densidades de transistor mais altas. Isto leva a melhores velocidades de comutação e redução do consumo de energia, fatores cruciais para a operação eficiente do dispositivo e a vida útil da bateria em eletrônicos portáteis.

Aqui está uma comparação das principais características do silício e do cobre para aplicações eletrônicas:

1. Mobilidade :Refere-se à facilidade com que os elétrons se movem através do material quando um campo elétrico é aplicado. O silício tem maior mobilidade eletrônica do que o cobre à temperatura ambiente, o que permite transporte de carga e velocidades de comutação mais rápidos em dispositivos eletrônicos.

2. Intervalo de banda :O bandgap em semicondutores como o silício representa a diferença de energia entre as bandas de valência e de condução. No silício, o bandgap é maior em comparação com o cobre, o que significa que é necessária mais energia para que os elétrons saltem para a banda de condução e contribuam para a condutividade elétrica. Isso contribui para menor consumo de energia em dispositivos baseados em silício devido à redução das correntes de fuga.

3. Processamento e Compatibilidade :O silício tem sido extensivamente estudado, desenvolvido e refinado há décadas, resultando em processos de fabricação avançados e infraestrutura industrial. É compatível com diversos materiais e técnicas de fabricação, permitindo a integração de transistores baseados em silício com outros elementos essenciais do circuito no mesmo chip, como capacitores, resistores e interconexões. O cobre, por outro lado, apresenta desafios em termos de fabricação e integração com outros materiais, tornando-o menos adequado para tecnologias avançadas de CI.

4. Eficácia de custos :A fabricação de semicondutores à base de silício está bem estabelecida e otimizada para produção em massa, tornando-se uma opção econômica para dispositivos eletrônicos. A abundância de silício como matéria-prima e a cadeia de abastecimento altamente desenvolvida contribuem para reduzir os custos de produção em comparação com a utilização de cobre na eletrónica.

5. Escalonamento e Miniaturização :À medida que a tecnologia avança e exige dispositivos eletrônicos menores e mais potentes, a capacidade de reduzir o tamanho dos recursos torna-se crucial. O silício provou ser escalável em nível nanoescala, permitindo aumentos contínuos na densidade do transistor e melhor desempenho de acordo com a Lei de Moore. O cobre, em comparação, enfrenta limitações quando se trata de miniaturização, especialmente em nanoescala.

Em resumo, o silício supera o cobre em termos de velocidades de comutação, consumo de energia, relação custo-benefício e escalabilidade, tornando-o o material preferido para a eletrônica moderna, especialmente em CIs de alto desempenho. O cobre serve principalmente como material de interconexão em dispositivos eletrônicos devido à sua alta condutividade, mas não é adequado para a fabricação de transistores.