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Il mondo in un granello di sabbia: il silicio nella tecnologia

Anche se non sembra, la sabbia è uno dei materiali più importanti sulla Terra: da essa deriva, ad esempio, il silicio, elemento centrale per la tecnologia.

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Abbandoniamo le nostre certezze, ci sono cose dall’apparenza banale ma che hanno un importanza notevole, al punto tale da non poterne vivere senza. Le moderne società faticherebbero molto senza queste modeste ma preziose materie; una per tutte la sabbia. La sostanza solida, forse, più importante della Terra e che può essere considerata, a giusto titolo, fondamentale per la moderna civiltà.

Non è nel novero delle materie nobili, rare o preziose; anzi al contrario è un materiale umile, molto abbondante. La sabbia, il materiale principale di cui sono fatte le nostre città, si nasconde, resta latente nelle cose che contribuisce a realizzare. I suoi componenti, il silicio e l’ossigeno, sono gli elementi più abbondanti nella crosta terrestre.

il silicio

Sabbia e ambiente circostante

Guardiamoci intorno cerchiamo di vedere il mondo in un granello di sabbia: c’è un pavimento sotto i nostri piedi, un tetto sulla nostra testa, delle pareti che ci circondano. Molto probabilmente sono realizzati almeno in parte con agglomerati cementizi e cosa c’è nel cemento? La sabbia. Sporgendoci sul balcone di casa notiamo altre case, altri palazzi, altre costruzioni in calcestruzzo, ebbene anche loro sono costruiti con una parte di sabbia. Anche quando accendiamo una luce lo facciamo grazie alla silice, infatti il bulbo di vetro trasparente della lampadina è fatto di vetro.

Il vetro con cui sono fatti i contenitori alimentari e non, le strade a loro volta sono fatte anche con la sabbia. Pensiamo ai chip di silicio, quella componentistica contenuta in tutti i nostri dispositivi elettronici, dallo smartphone  al tablet, dal notebook alle televisioni di ultima generazione. Radio, senza dimenticare  smartwatch o tutta la componentistica elettronica presente a bordo di auto, moto, aerei, civili o militari. Per costruire tutto questo serve il silicio. Siamo capaci di distruggere le più piccole particelle di sabbia per trasformale in chip per i nostri device elettronici. 

Sabbia e tecnologia

Il XXI secolo, l’era del digitale. Il silicio è il secondo elemento più diffuso, dopo l’ossigeno, sulla Terra, sotto forma di sab­bia for­ma­ta da mi­liar­di di gra­nel­li di quar­zo. Tablet, PC, smartphone: niente di questo sarebbe possibile se non ci fosse la sabbia o il quarzo. Il silicio è un elemento chimico importantissimo per la tecnologia.

il silicio

Poiché è un semiconduttore ed è utilizzato per la produzione delle principali componenti elettroniche. o microelettroniche necessarie alla realizzazione dei nostri dispositivi. Il silicio viene utilizzato per la costruzione di transistori, microcircuiti, diodi, diodi LED, pannelli fotovoltaici, cavi in fibra ottica. Utilizzato anche nella costruzione di dispositivi elettrotecnici. È impiegato unito al ferro per le sue proprietà ferro-magnetiche in alcune delle parti che compongono i trasformatori.

Il silicio e i transistor

California, metà degli anni Cinquanta. Un team di ingegneri è a lavoro per ridefinire un invenzione che avrebbe rivoluzionato per sempre il mondo, ponendo così le basi per quella che sarebbe diventata in futuro la società dell’informazione o del IT. William Shockley un pionieristico ingegnere dei Bell Labs pochi anni prima aveva contribuito a inventare il transistor insieme a Walter Brattain e John Bardeen. Dopodiché partito per fondare una propria azienda e per restare più vicino la sua famiglia. Azienda di ricerca e produzione di semiconduttori fondata a Mountain View, in California, a circa un’ora a sud di San Francisco nelle vicinanze della Stanford University. Zona all’epoca conosciuta come la Valle di Santa Clara, ma che presto sarebbe diventata molto più famosa con il nome di Silicon Valley.

In quel periodo la vendita dei transistor andava crescendo in maniera esponenziale. Alcune aziende come la Texas Instruments, la Motorola e altre società erano tutte in competizione per trovare transistor più piccoli e con maggiore efficienza da utilizzare nei computer. Il primo computer americano, chiamato ENIAC, fu sviluppato dalla Difesa americana durante la seconda guerra mondiale. Era enorme, da solo occupava una intera stanza e per farlo funzionare servivano 18.000 valvole.

il silicio
Tubi a vuoto

I transistor erano più piccoli e offrirono un modo per sostituire quei tubi rendendo i computer più piccoli e potenti. I semiconduttori sembravano la strada giusta da seguire. All’inizio Shockley, insieme con un pugno di giovani dottorandi, cominciarono le loro ricerche accendendo forni a migliaia di gradi e fondendo germanio e silicio. Dopo svariati tentativi Shockley si convinse che il silicio fosse il materiale più promettente e spostò la sua attenzione di conseguenza. Aveva già la prima e più famosa azienda di ricerca e produzione di semiconduttori. Ergo tutti coloro che avevano lavorato con il germanio riconvertirono la produzione e passarono al silicio. In effetti, senza l’azienda e le ricerche di  Shockley, oggi  molto probabilmente parleremmo di “Germanium Valley” e non di “Silicon Valley”.

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