از چه فلزات و موادی در ساخت پردازنده‌ها استفاده می‌شود؟

در ساخت پردازنده رایانه و گوشی از چه موادی استفاده می‌شود؟

پردازنده از مهم‌ترین و گران‌ترین اجزای رایانه‌ها و تلفن‌های همراه و به مثابه‌ی مغز محاسبه‌گر آن‌هاست. دستورها و درخواست‌های کاربری و سیستمی توسط پردازنده اجرا می‌شود. لذا طراحی و بازده آن بر بازده کل دستگاه تاثیر دارد. یکی از عوامل موثر بر کارایی و هزینه تراشه‌ها و پردازنده‌ها نوع موادی است که در ساخت‌شان به‌کار می‌رود. برای مثال، میزان رسانایی مواد و دمای آن‌ها حین کار در عملکرد پردازنده اهمیت دارد. بعضی از مواد مثل سیلیکون (سیلیسیم) به‌سبب ویژگی‌های کم‌نظیرشان پای ثابت تمام پردازنده‌های امروزی هستند و برخی دیگر بسته به نوع تراشه و شرکت سازنده آن در بعضی از محصولات به‌کار می‌روند. در ادامه می‌خوانیم که در ساخت پردازنده‌ چه مواد و فلزاتی استفاده می‌شود.

نکته: سیلیکون یا سیلیسیمِ مورد اشاره در این مقاله را در انگلیسی silicon می‌نویسند. نوعی ماده پلیمری موسوم به سیلیکون نیز داریم که در انگلیسی silicone نوشته می‌شود. این‌دو نباید با هم اشتباه گرفته شوند.

مواد اصلی مورد استفاده در ساخت پردازنده‌‌ رایانه‌ای

در ساخت تراشه‌ها و پردازنده‌های رایانه مواد متعددی به کار می‌رود اما از نظر حجم و وزن سه ماده نمود بیشتری دارند: سیلیکون، پلاستیک و مس. سیلیکون نیمه‌رسانای کم‌نظیر و مس رسانای بسیارخوبی است.

دی‌اکسید سیلیسیم (SiO2) موردنیاز در ساخت تراشه را از ماسه سیلیس یا از کوارتز تهیه می‌کنند. سیلیکون باید پالایش و خالص شود. برای تولید سیلیکون از کوارتز، سنگ‌های کوارتز را ذوب و بلوریته (کریستالیزه) می‌کنند. بلورها چنان سخت هستند که آن‌ها را با استفاده از اره الماسه برش می‌زنند.

در تهیه سیلیکون از ماسه سیلیس نیز مراحلی طی می‌شود تا نهایتا شمشال سیلیکونی حاصل شود. شمشال سیلیکونی، استوانه توپری است که سپس به‌شکل لایه‌های نازکی موسوم به «ویفر» برش می‌خورد.‌ در مرحله تولید تراشه، مدارها و اجزای تراشه روی ویفرهای سیلیکونی پیاده می‌‌شوند.

معمولا قطر شمشال‌های خالص سیلیکون 12 اینچ و درجه خلوصشان 99.9999 درصد است؛ یعنی در هر یک میلیارد اتم سیلیسیم فقط یک اتم ناخالص پیدا می‌شود. 

سایر مواد خام مورد استفاده در پردازنده‌ها و تراشه‌ها

سایر مواد خامی که بعضی از شرکت‌های تراشه‌ساز ممکن است در پردازنده‌های‌شان به کار ببرند چنین هستند:

• هافنیوم: فلزی کمیاب که اغلب در راکتورهای هسته‌ای به کار می‌رود. از این ماده برای سرعت بخشیدن به عملکرد پردازنده مرکزی استفاده می‌شود.
• تانتالیوم و پالادیوم: در ترانزیستورهای پردازنده‌های گرافیکی (جی‌پی‌یو) به کار می‌روند تا ظرفیت ذخیره‌سازی تراشه را افزایش دهند.
• هیدروکسیدپتاسیم: به آن «پتاس سوزآور» هم می‌گویند. از هیدروکسیدپتاسیم برای پیاده‌سازی طرح مدار روی بورد استفاده می‌شود.
• آلومینیوم: رسانای خوبی است و در بعضی از اتصالات داخلی بین اجزای مختلف تراشه به‌کار می‌رود.
• طلا: رسانای الکتریکی خوبی است، کار کردن با آن آسان است و در برابر لک‌زدگی یا تیرگی مقاوم است.
• روی: اکسید روی که در ساخت تراشه‌ها به‌کار می‌رود، دی‌الکتریک است. دی‌الکتریک‌ها رساناهای ضعیفی هستند که با اعمال ولتاژ قطبیده می‌شوند. آن‌ها بار الکتریکی را ذخیره می‌کنند.
• نیکل: به سبب ویژگی‌هایش به بهبود عملکرد تراشه‌ها و اجزای الکترونیکی کمک می‌کند.
• مس: رسانای بسیارخوبی است، لذا در صنعت الکترونیک و از جمله در ساخت تراشه‌ها کاربرد گسترده‌ دارد.

فهرست تمام مواد مورد استفاده در پردازنده‌ها و تراشه‌ها طولانی‌تر از این‌هاست. بعضی از مواد شیمیایی را نیز فقط طی فرآیندهای تولید محصول به‌کار می‌برند.

فلزات گران‌بها در پردازنده‌ها

در بعضی از قسمت‌های پردازنده از فلزهای گران‌بها مثل طلا، نقره، مس، آلومینیوم و قلع نیز استفاده می‌شود. در واقع، بیشترین میزان فلزات گران‌بها در پردازنده مرکزی (سی‌پی‌یو) به‌کار می‌رود. 

پس از آنکه پردازنده‌ها مستعمل شدند، بعضی از فلزات گران‌بهای آن‌ها مثل طلا و نقره را می‌توان بازیابی کرد تا هدر نروند. علاوه بر پردازنده در سایر اجزای کامپیوتر مثل بوردهای الکترونیک، دیسک‌سخت، حافظه‌ها و... نیز از انبوهی از مواد مختلف استفاده می‌شود که بعضی از آن‌ها مثل آرسنیک و سرب، سمی هستند. قبلا در مطلب دیگری اشاره کرده بودیم که زباله‌های الکترونیک تا چه اندازه برای سلامت انسان و محیط خطرناکند و بهتر است تا جای ممکن بازیافت شوند. بعضی از این فلزات به بهای جان کارگران کشورهای فقیر تحت شرایط ناامن استخراج می‌شوند که چنین رویه‌‌ای باید با همت انسان‌های دغدغه‌مند متوقف شود.