Tesina sulla Silicon Valley

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Mattia Avanzi, Classe 5 Sezione B, A.S. 2012/2013, Liceo Scientifico “Alvise Cornaro”

La Scelta

Ho scelto la Silicon Valley e il Silicio come argomento di questa tesina perchè

meglio rappresentano i miei interessi e le mie passioni. Inoltre trovo interessante il

rapporto tra la Silicon Valley, lo sviluppo tecnologico dell’ultimo secolo e atti bellici

come la seconda guerra mondiale o la guerra fredda.

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Mattia Avanzi, Classe 5 Sezione B, A.S. 2012/2013, Liceo Scientifico “Alvise Cornaro”

Introduzione

"In certo senso basilare che nessuna volgarità,

umorismo o esagerazione possono dissolvere, i fisici

hanno conosciuto il peccato; e questa è una

conoscenza che non si può perdere."

Robert Oppenheimer, commentando i bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki, 1947 Boston.

Il termine Silicon Valley venne coniato nel 1971 dal giornalista Don C.

Hoefler per indicare la parte meridionale della San Francisco Bay Area.

Questa regione, situata in California, è ricca di silicio (valle del silicio), un

semiconduttore ampiamente utilizzato nei componenti elettronici.

Attualmente la Silicon Valley è sinonimo di progresso e innovazione, spesso

legata all'ambiente tecnologico e informatico; sebbene il termine sia stato

coniato solo nella seconda metà del 1900 questi principi erano presenti

nella valle già nel 1939 quando due laureati dell'Università di Stanford

fondarono la Hewlett-Packard (HP), società nata come produttrice di

componenti elettronici. Nel corso dei decenni la presenza di silicio permise lo

sviluppo di altre società legate al mondo della tecnologia quali ad esempio

Apple, Facebook, Google e Microsoft.

È necessario analizzare i motivi di tale sviluppo per comprendere al meglio

chi o che cosa finanziò la Silicon Valley, permettendo così di raggiungere la

creazione di personal computer, telefoni cellulari, televisori, eccetera.

Ma prima di tutto è d'obbligo concentrarsi sulla vera essenza della Silicon

Valley, il silicio, sulla sua disponibilità e sul suo utilizzo.

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Mattia Avanzi, Classe 5 Sezione B, A.S. 2012/2013, Liceo Scientifico “Alvise Cornaro”

Scienze della Terra

La disponibilità naturale del silicio

La Tecnologia e l’Elettronica sono settori di ricerca che si rivolgono a un

mercato molto esteso, questo implica che la disponibilità di una determinata

risorsa sia fondamentale per lo sviluppo di questi settori. Il silicio è il

secondo elemento più diffuso nella crosta terreste dopo

l'ossigeno e corrisponde, infatti, a ben il 27,7% di essa, per quanto

riguarda il peso.

Elementi come il silicio e l’ossigeno possono combinarsi tra loro e dare

origine a dei minerali, ossia corpi solidi che Minerali della crosta terrestre

si trovano allo stato naturale. 8%

I minerali in questione vengono definiti

silicati e possiedono u na g ra nde 3%

5%

importanza in quanto costituiscono, con 39%

5%

rare eccezioni, tutti i minerali delle rocce 5%

ignee e gran parte di quelle sedimentarie e

metamorfiche; in altre parole i silicati 11%

rappresentano circa il 92% dei 12%

12%

minerali della crosta terrestre. Plagioclasti Alcali feldspati

La grande varietà di silicati rende Quarzo Pirosseni

Anfiboli Miche

inevitabile una classificazione, ossia una Argille Altri silicati

NON SILICATI

catalogazione in forma organica

secondo un principio fisso. La classificazione dei silicati non viene basata su

qualità chimiche, bensì su basi strutturistiche e più precisamente sulla

modalità in cui l’unità fondamentale SiO , che li costituisce, è legata con

44-

gli ioni vicini.

L’unità SiO , composta da quattro ioni di ossigeno e uno di silicio,

44-

costituisce un tetraedro, ossia un poliedro con quattro facce triangolari.

In base al modo in cui i tetraedri si uniscono possiamo individuare sei

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Mattia Avanzi, Classe 5 Sezione B, A.S. 2012/2013, Liceo Scientifico “Alvise Cornaro”

sottoclassi: i Nesosilicati, i Sorosilicati, i Ciclosilicati, gli Inosilicati, i

Fillosilicati e i Tettosilicati.

Nei Nesosilicati i tetraedri di SiO 44- sono isolati e la polivalenza libera

del tetraedro è saturata da un catione diverso dal silicio.

Generalmente i Nesosilicati presentano una durezza, peso

Tetraedro isolato

specifico e indici di rifrazione elevati.

I Sorosilicati sono caratterizzati da due tetraedri uniti per un vertice a

6-

formare un gruppo Si O . Tetraedri uniti

2 7 per il vertice

I Ciclosilicati possiedono tetraedi che si uniscono ad anelli con tre, quattro,

sei elementi. Il ciclosilicato che possiede l’anello Si O è il più semplice ed è

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ra p p rese ntato nei minerali dal Benitoite, silicato presente in California,

tanto che prende il nome dalla contea di San Benito, nei

pressi della Silicon Valley.

Il Benitoite è prevalentemente costituito da cristalli

prismatici bipiramidali, di colore azzurro con varie

tonalità. Possiede una durezza e un peso specifico

Un esempio di Benitoite

elevato, inoltre risulta trasparente com’è possibile notare nella

fotografia.

Un’altra sottoclasse è costituita dagli Inosilicati, caratterizzati da

tetraedri uniti a catene, i casi più comuni sono quelli delle catene

aperte e semplici, tipiche dei Pirosseni, o delle catene doppie o chiuse

degli Anfiboli. Catena semplice

I Fillosilicati costituiscono la quinta sottoclasse, i cui tetraedri sono

uniti per tre vertici producendo una maglia piana indefinita esagonale

o tetragonale.

I Fillosilicati possiedono una facile sfaldatura laterale e il loro peso

specifico e durezza sono bassi.

Maglia piana

Infine si hanno i tettosilicati i cui tetraedri sono uniti per tutti e quattro i

vertici, costituendo delle “gabbie” indefinite con maglie complesse.

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Fisica

L’utilizzo umano del silicio

Se al giorno d’oggi è possibile navigare su internet con il proprio portatile o

mettere al polso un orologio capace di misurare la temperatura corporea e se

possiamo parlare di autostrade dell’informazione lo dobbiamo in gran parte

alle straordinarie capacità del silicio. Questo elemento, di cui molti ignorano

l’esistenza, è stato uno dei punti cardini dello sviluppo elettronico,

informatico e tecnologico dal 1947 ad oggi, nonchè il protagonista

indiscusso della rivoluzione digitale. Il Silicio venne scoperto nel 1787 dal

famoso chimico francese Antoine Lavoisier: a seguito di svariati studi sul

quarzo, Lavoisier potè affermare che il minerale fosse composto da un

elem ento molto co m u ne, senza però i d e n t i f i c a r l o

completamente. Solo diversi anni dopo nel 1824 lo svedese Balzellus

sulla base degli studi di Lavoisier riuscì a isolare il silicio. Questo

nuovo elemento non venne sfruttato fino al

1947, quando tre studiosi americani dei

Laboratori Bell svilupparono il transistor.

Il transistor è un dispositivo costituito

principalmente da materiale semiconduttore, come

ad esempio il silicio, che permette di regolare la Esempi di transistor

corrente in entrata o può funzionare da interruttore per il circuito.

Grazie alle loro peculiarità i transistori possiedono numerose

applicazioni, vengono infatti utilizzati nei circuiti elettrici e in linea

generale nei computer e in tutti i dispositivi elettronici. Le capacità di

un transistor derivano dalle proprietà del materiale di cui è composto, di

conseguenza è bene capire come agiscono nel dettaglio il silicio e tutti i

semiconduttori.

Sono semiconduttori il silicio e il germanio (elementi del quarto gruppo) e

altri composti quali l’arseniuro di gallio e l’ossido di grafite, a ragion di logica

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il silicio è il più utilizzato, per via del costo relativamente basso e della sua

disponibilità.

I semiconduttori sono materiali solidi con una resistività intermedia tra quella

dei conduttori a quella degli isolanti. La struttura cristallina dei

semiconduttori è estremamente stabile, tuttavia se si inseriscono delle

impurezze all’interno del reticolo si riesce ad aumentare la conduzione di

cariche. Un semiconduttore “modificato” viene definito drogato. Per

destabilizzare la struttura si sostituisce un atomo di silicio ogni milione, ad

esempio, con uno di alluminio e successivamente in un’altra struttura

cristallina si ripete la proceduta con un atomo di arsenico. Nella tavola

periodica degli elementi l’alluminio e l’arsenico appartengono a gruppi

adiacenti del silicio, rispettivamente al terzo e quinto gruppo, questo provoca

una mancanza di elettroni nel reticolo drogato con l’alluminio, mancanza

definita lacuna, e un eccesso di elettroni nel reticolo drogato con l’arsenico.

Il semiconduttore drogato che possiede elettroni in eccesso viene definito di

tipo-n (n come negativo), mentre nel caso dell’alluminio si ha un

semiconduttore di tipo-p (p come positivo). Se si mettono a contatto

semiconduttori di tipo-n con semiconduttori di tipo-p, si otterrà una

ricombinazione: l’elettrone in eccesso si sposterà verso il

reticolo di tipo-p, occupando una lacuna. La ricombinazione

degli elettroni e delle lacune forma sui due lati della giunzione un

sottile strato privo di elettroni e lacune, detto strato di

svuotamento. Tuttavia la ricombinazione non avviene sempre:

per agitazione termica le lacune possono spostarsi nella parte n

e viceversa gli elettroni nella parte p. Questo implica che nel cristallo p si

accumulino cariche negative fisse, mentre nel cristallo n restino delle cariche

positive. Si viene a creare una separazione di cariche che, nello strato di

svuotamento, genera un campo elettrico con verso orientato dal cristallo n

(ora positivo) al cristallo p. A questo punto il nostro semiconduttore, che

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prende il nome di diodo a giunzione, possiede le

condizioni adeguate per condurre corrente in un unico

verso; infatti se si applica al nostro diodo una

polarizzazione inversa, ossia connettendo il polo

positivo di un generatore alla regione n e quello Polarizzazione inversa: non vi è

passaggio di corrente

negativo alla regione p, il campo elettrico esterno estrae

cariche dalle regioni p e n, per cui lo strato di

svuotamento si estende e attraverso la giunzione non

passa corrente.

Se invece si applica una polarizzazione diretta, ossia

l’opposto della polarizzazione inversa, nel circuito

fluisce corrente elettrica. Un diodo a giunzione

Polarizzazione diretta

conduce, quindi, corrente in un verso, ma non nell’altro.

Le proprietà del diodo a giunzione sono fondamentali in molti casi, ad

esempio viene sfruttato per il passaggio da corrente continua a

corrente alternata o per creare luci a led.

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Storia

Significato storico della Silicon Valley

Attraverso le scienze della terra e la fisica abbiamo capito come il silicio

rappresenti una risorsa pressoché inesauribile e come le sue possibili

applicazioni siano al giorno d’oggi un carburante fondamentale per ogni

paese sviluppato. Basti pensare che nel 2009 il mercato dei

semiconduttori ha prodotto a livello mondiale un giro di affari superiore ai

200 miliardi di dollari. Siamo pronti ad analizzare la Silicon Valley, lo

sviluppo che ha perpetrato nel secolo scorso e la sua responsabilità a livello

mondiale.

La storia della Silicon Valley ha inizio il 22

giugno 1941 quando la Germania Nazista decise

di infrangere il patto Molotov-Ribentrop e di

invadere l’Unione Sovietica. Gli alleati ritennero

che uno dei migliori modi per intervenire a favore

dei sovietici fosse quello di avviare una

sistematica campagna di bombardamenti. Questa B-24 Liberator, bombardiere statunitense

campagna mirava a indebolire l’industria bellica tedesca, distruggere le vie di

comunicazione e cosa più importante abbattere in generale il morale della

popolazione (Moral Bombing).

L’aviazione americana e inglese era molto importante per la vittoria della

guerra tanto che in ogni momento gli alleati possedevano più di 28000

aerei attivi. Tuttavia le varie incursioni aeree erano ostacolate da due