Jak działają układy scalone

Pojawienie się układów scalonych dokonało prawdziwej rewolucji technologicznej w branży elektronicznej i informatycznej. Wydaje się, że zaledwie kilka dziesięcioleci temu do prostych obliczeń elektronicznych zastosowano ogromne komputery lampowe, zajmujące kilka pokoi, a nawet całe budynki.

Komputery te zawierały wiele tysięcy lamp elektronicznych, które do pracy wymagały kolosalnej energii elektrycznej i specjalnych systemów chłodzenia. Dzisiaj są one zastępowane komputerami na układach scalonych.

W rzeczywistości układ scalony to zespół wielu mikroskopijnych elementów półprzewodnikowych umieszczonych na podłożu i zapakowanych w miniaturową obudowę.

Jeden nowoczesny układ wielkości ludzkiego gwoździa może zawierać kilka milionów diod, tranzystorów, rezystorów, przewodów łączących i innych elementów wewnątrz, które w dawnych czasach wymagałyby do umieszczenia dość dużego hangaru.

Nie musisz daleko sięgać po przykłady, na przykład procesor i7 zawiera ponad trzy miliardy tranzystorów na powierzchni mniejszej niż 3 centymetry kwadratowe! I to nie jest granica.

Następnie rozważymy podstawy procesu tworzenia żetonów. Mikroukład jest formowany zgodnie z technologią planarną (powierzchniową) przez litografię. Oznacza to, że niejako wyhodowano go z półprzewodnika na krzemowym podłożu.

Pierwszym krokiem jest przygotowanie cienkiego krzemowego wafla, który otrzymuje się z krzemowego monokryształu poprzez wycięcie z cylindrycznego przedmiotu obrabianego za pomocą tarczy diamentowej. Płytka jest polerowana w specjalnych warunkach, aby uniknąć zanieczyszczenia i pyłu.

Następnie płytka utlenia się - wystawia się ją na działanie tlenu w temperaturze około 1000 ° C w celu uzyskania na jej powierzchni warstwy silnej warstwy dielektrycznej dwutlenku krzemu o grubości wymaganej liczby mikronów. Grubość tak otrzymanej warstwy tlenkowej zależy od czasu ekspozycji na tlen, a także od temperatury podłoża podczas utleniania.

Następnie na warstwę dwutlenku krzemu nakłada się środek fotolitograficzny - kompozycję światłoczułą, która po napromieniowaniu rozpuszcza się w określonej substancji chemicznej. Na fotorezystie umieszczony jest szablon - maska ​​fotograficzna z przezroczystymi i nieprzezroczystymi obszarami. Następnie płytka z osadzonym na niej fotorezystem jest odsłonięta - oświetlona źródłem promieniowania ultrafioletowego.

W wyniku ekspozycji ta część fotomaski, która znajdowała się pod przezroczystymi obszarami fotomaski, zmienia swoje właściwości chemiczne i można ją teraz łatwo usunąć wraz z znajdującym się pod nią dwutlenkiem krzemu za pomocą specjalnych chemikaliów, za pomocą plazmy lub innej metody - nazywa się to trawieniem. Pod koniec trawienia niezabezpieczone (oświetlone) miejsca wafla są oczyszczane z odsłoniętej fotomaski, a następnie z dwutlenku krzemu.

Po wytrawieniu i oczyszczeniu z nieoświetlonej fotorezystu tych części podłoża, na których pozostał dwutlenek krzemu, zaczynają epitaksję - nakładają warstwy pożądanej substancji o grubości jednego atomu na płytkę krzemową. Takie warstwy można nakładać w razie potrzeby. Następnie płytkę ogrzewa się i przeprowadza się dyfuzję jonów niektórych substancji w celu uzyskania regionów p i n. Bor jest stosowany jako akceptor, a arsen i fosfor są wykorzystywane jako dawcy.

Pod koniec procesu metalizację przeprowadza się za pomocą aluminium, niklu lub złota w celu uzyskania cienkich warstw przewodzących, które będą działać jako przewody łączące tranzystorów, diod, rezystorów hodowanych na podłożu w poprzednich etapach itp.W ten sam sposób wyprowadzane są podkładki do montażu mikroukładu na płytce drukowanej.

Zobacz także: Legendarne układy analogowe