Il silicio è un elemento chimico con simbolo Si e numero atomico 14. Il silicio è un metalloide tetravalente semimetallico che si trova nella maggior parte delle rocce. Tracce di silicio sono rilevabili nelle piante negli animali e perfino in acqua. Il silicio fu isolato per la prima volta dallo scienziato svedese Jöns Jacob Berzelius nel 1823 riscaldando la silice con un metallo di potassio.

Rappresenta, dopo l’ossigeno, il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre poiché è presente in numerosi composti.

Nella fabbricazione dei moderni microprocessori rappresenta l’elemento in assoluto più importante. I transistor, estremamente miniaturizzati all’interno delle CPU, sono formati da particolari

Estrazione

Il metodo per estrarre il silicio dalle rocce è estrarlo dalla forma cristallina del biossido di silicio. Questo processo, di solito, avviene mediante il riscaldamento della miscela macinata all’interno di una fornace. Immediatamente dopo è necessario condensare il vapore prima che possa reagire con l’ossigeno. I processi di estrazione del silicio sono molto complessi e richiedono un quantitativo di energia ingente.

Il lavorato ottenuto è definito silicio grezzo poiché, al suo interno, presenta delle impurità. In questa fase il silicio non è utilizzabile direttamente poiché le contaminazioni in esso presente lo rendono instabile. La lavorazione successiva permette di eliminare la quasi totalità dei contaminanti.

Purificazione

I processi di purificazione del silicio grezzo avvengono attraverso metodi industriali che sfruttano reazioni chimico-fisiche controllate. In queste reazioni è necessario utilizzare un enorme quantitativo di energia, rendendo tutto il processo molto esoso in termini di richieste energetiche.

Il processo di purificazione allontana i contaminanti fornendo silicio di purezza metallurgica. La percentuale di silicio in questo tipo di composto è di circa del 97%. Il silicio di purezza elettronica è ottenuto tramite ulteriore processi di purificazione e permette di ottenere un silicio con purezza di circa 99.999%. Lo stesso silicio è utilizzato nei pannelli solari.

Drogaggio

Il silicio puro viene volontariamente “inquinato” da altri elementi al fine di migliorare la sua capacità di condurre l’elettricità. Gli elementi utilizzati per arricchire lo strato di silicio sono il boro, l’alluminio e il fosforo. In base al tipo di elemento è possibile alterare le capacità di conduzione del silicio. I processi di aggiunta degli atomi prendono il nome tecnico di drogaggio.

Proprietà chimiche

Il silicio è un semiconduttore poiché presenta delle caratteristiche intermedie tra gli isolanti e i conduttori di elettroni. Questa caratteristica li rende unici e perfetti per l’utilizzo nei transistor, che sono semplici sistemi elettronici che servono a controllare il passaggio della corrente. In base al tipo di drogaggio il transistor può modulare il passaggio di corrente elettrica impedendolo oppure facilitandolo. Il meccanismo attraverso il quale può essere modulato il flusso di corrente è l’applicazione alla base di una tensione che permette o limita tra due elementi: il collettore e l’emettitore.

Ruolo nelle CPU

I microprocessori moderni sono formati da miliardi di transistor miniaturizzati. L’ingegnerizzazione a blocchi logici dei transistor permette di definire delle piccole aree di funzionamento all’interno del processore. Ciascuna area è messa in comunicazione con altre aree adiacenti oppure lontane in modo tale da creare una fitta rete logica. La rete appena menzionata permette di creare le condizioni per il calcolo e per le operazioni dei processori che, in base a dati di entrata possono elaborare delle informazioni in uscita.