这个问题的答案很简单：有很多事情是硅无法做到的。但令我惊讶的是它能做什么，或者说能被做成什么。这种储量丰富的元素被科学家、工程师、生产专家和其他人用来设计我们日常依赖的众多技术，这一点令人惊叹。无论是纯硅、改性硅还是掺杂硅，硅都是各种器件的首选或必需元素(图1和图2)。
图1：硅在元素周期表中的位置并不能说明它的独特潜力。来源：Chemistry Learner
图2：元素周期表中这个基本的科学特征框体现了硅的许多属性。来源：Priyam Study Center
无论是“普通”硅、碳化硅(SiC)、绝缘体上硅(SOI)还是硅锗(SiGe)，我们都很熟悉硅作为固态电子器件的基板的作用。事实上，“硅”一词已成为所有现代电子元件(尽管并不完全准确)以及整个行业的流行术语(例如“硅谷”及其众多地理衍生公司)。
尽管硅也有竞争对手，例如镓基器件，但实际情况是，在每年制造和使用的分立器件和集成电路(IC)器件数量方面，硅占据绝对优势。
如果说硅在有源电子器件中的应用还不足以让它荣获“最受欢迎材料”的称号，那么它在电子和光电领域还扮演着其他重要角色。其中包括石英，这是一种六方晶体形式的二氧化硅化合物，可用于制造频率设定晶体、特定波长的光学窗口和透镜以及灌沙高断裂容量(HRC)保险丝。
为什么要止步于纯电子器件呢？它的机械性能非常适合基本应变计和先进的MEMS传感器，例如加速度计。其次，它的化学和热性能对于开发多种类型的硅基聚合物也很有吸引力。
硅的其他优势在于它分布广泛、易于获取，并且相对容易管理。相比之下，许多其他关键元素物质(如锂、镓、铟和铍)由于脆性、一般不良行为、危害人体健康等缺点而相对稀有或难以加工。相比之下，硅很容易找到和提炼，只要你管理好加工过程中产生的粉尘，它就相对无害。
虽然硅在电子领域的作用通常与有源器件和MEMS器件有关，但它也可以用于电容器等无源器件。例如，Empower Semiconductor最近宣布推出的EC1005P，这是其ECAP产品系列中最大的硅电容器，它是一款16.6μF器件，主要用于实现系统级芯片(SoC)的电源轨去耦。
EC1005P具有超低亚1皮亨(pH-不是化学酸碱的“pH”)等效串联电感(ESL)和亚3毫欧姆(mΩ)等效串联电阻(ESR)，采用紧凑的3.643×3.036毫米120引脚芯片级封装(CSP)，适用于1GHz系统(图3)。
图3：EC1005P硅电容器的电容为16.6μF，封装尺寸仅为每边几毫米。来源：Empower Semiconductor
凭借这些规格，它克服了传统去耦电容器的常见弱点，即对高频性能不利的寄生效应。由于其尺寸和形状因素，它可以嵌入到SoC的基板或中介层中(图4)。
图4：硅电容器适合嵌入SoC的基板或中介层中。来源：Empower Semiconductor
纵观硅及其衍生物的所有用途，可以清楚地看出基础材料科学是我们行业核心的关键学科之一。如果您参加了材料研究学会的年会，您就会更好地了解那些专门研究元素和材料的科学家和工程师在推动我们技术社会发展中所发挥的作用。
他们从根本上提取、提炼、纯化和探索这些物质，他们从多个角度和极端温度下表征其特性。如果没有他们的努力，我们将不得不面对充满杂质和未知因素的材料。
作为一种材料，硅可以说是最基础、最优秀的材料了。您是否见过其他令您印象深刻或意想不到的硅及其衍生物的应用？还有其他单元素材料(如石墨烯)具有类似的广泛用途？
(原文刊登于EDN姊妹网站Planet Analog，参考链接：Is there anything silicon can’t do?，由Ricardo Xie编译。)
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