Como os microprocessadores são feitos


Os chips de silício deve primeiro iniciar como material de base. Este material é de silício puro sob a forma de um "cultivados" grande cristal único especial.

O Czochralski Processo
Em 1916, o cientista polonês Jan Czochralski estava procurando uma maneira de medir as taxas de cristalização de materiais. Isto significa que quando você criou um metal cristalino ou de sal, se cristalizem em uma taxa específica. Esta taxa deveria ser um momento de alguma forma para chegar a um número quantificável e reprodutível.




Um dia, durante a gravação de notas, já baixou a tinta da caneta em um cadinho de estanho fundido sem olhar; pensei mergulhando sua pena em um tinteiro. Ele ressaltou o seu erro e tirou a caneta lentamente. Para sua surpresa, a caneta tem um revestimento fino que imediatamente congelado (cristalizado) para bater o ar. No fio teste verificou-se que, inadvertidamente, criou uma estrutura de cristal individual. Tinha por acaso uma maneira, pela medição da velocidade da "desenhar" para determinar uma velocidade de cristalização de qualquer material.

Pouco depois da descoberta começa usando tubos capilares de vidro para formar cristais de diversos materiais, tais como o estanho, o chumbo e o zinco.

Embora nunca imaginada que o seu método seria utilizado para o fabrico de dispositivos electrónicos, o seu método de formação de cristais é a forma mais eficiente de formar as estruturas de cristal de silício puro necessário para micro-chip.

Bell Labs
Quando Laboratórios Bell começou a criar material semicondutor, Gordon K. Teal e JB determinou recentemente que o processo foi exatamente o método Czochralski necessário para criar wafers de silício monocristalino puros.

A partir de cristal para Wafer

Wafer por Boule
Uma vez que a pastilha é desenhada é permitido recozimento (frio) e em seguida é inspeccionado. O boule é cerrada em bolachas com uma serra de arame. Neste ponto, as bolachas são cerca de 2,602 milímetro de diâmetro.

Durante o processamento, esse número é reduzido para cerca de 250 mm. Como você pode ver pelas fotos no wafer direito serrar o boule não vai ser exatamente o mesmo diâmetro. Em seguida, o material de bolacha é crescido ligeiramente maior para 250 milímetros normal e, em seguida, cortado durante a maquinagem.

Corte e polimento
Os wafers são cortados ao longo da borda para remover quaisquer bordas afiadas.

Desde a criação do circuito no wafer é um processo fotográfico exigindo wafer deve ser tão plana como você pode alcançá-los. Para obter o grau de achatamento das pastilhas são colocadas em um polidor. Eles vêm para fora olhando como espelhos, mas o que é bom para o olho humano não é tão plana como eles precisam ser wafers por isso são submetidos a uma outra, polimento químico etapa.

Limpeza
As bolachas são cuidadosamente limpas para remover qualquer polimento areia ou resíduos químicos.

Photoresist & circuito de transferência fotográfica
A bolacha é então revestido com o que é chamado de foto-resist filme que é um produto químico que reage à luz. Quando fotossensível é exposta à luz pode ser lavado com outros produtos químicos. Photo-resistir, o que não foi tão exposta resistir lavagem química.

Aplicando Photoresist
A profundidade da camada de material fotosensitivo é crítica. Demasiadas vezes e não vai lavar tudo. Muito fina e pode lavar muito cedo. Como você pode imaginar esta camada deve ser precisa sobre toda a superfície da bolacha. Para fazer isso é aplicado durante o wafer gira a resistir. Um braço automatizado com um pino fixo na sua extremidade é passado através da bolacha enquanto gira. O braço move-se a partir do centro da bolacha para uma frequência precisa. Esse método garante uma camada uniforme de photoresist toda a maneira através da bolacha.

Pronto para transferência
Agora que a bolacha tem o nível de resistência em que o próximo passo é uma técnica fotográfica muito semelhante à utilizada há dez anos atrás para criar imagens fotográficas impressas em papel. De um modo negativo do circuito de ser concebido é projectada sobre a bolacha para criar um padrão no fotorresistente. Este modelo é então lavada num banho cheimcal. Isto é seguido por um passo de limpeza para remover os produtos químicos utilizados para lavar o fotorresistente exposto.

processo fotográfico

Fotolitografia
O processo de transferir o padrão de circuito de uma bolacha é chamado fotolitografia não é realmente lithography1 se de todo. O processo requer bolacha, que foi revestida com uma resina fotossensível, e puxa, fotograficamente, uma imagem da primeira camada do circuito a ser criado sobre a bolacha.

Tipicamente, a imagem projectada sobre a bolacha é um centésimo do tamanho da imagem na placa "fotográfico" se não menos. Luz ultravioleta é utilizado devido à sua alta resolução em relação a outros comprimentos de onda. Usando uma placa controlado por computador (montado em cima fatia) para centenas de imagens são "tiro" na bolacha.

Um segundo circuito é criado por esse processo pode levar uma imagem de centenas ou mesmo milhares de circuitos em um único wafer. Este é o lugar onde os efeitos da produção de massa (economias de escala) começam a fazer efeito.

Cada circuito formado desta maneira irá eventualmente cortar a fatia. O corte circuito é chamado de "morrer".

erosão ou deposição

Uma vez que o photoresist foi lavado e a bolacha cuidadosamente limpos a bolacha está agora pronto para qualquer ataque químico ou deposição.

Gravura a água forte
Etcahing será executada se os canais estão a ser formados em moldes na bolacha. Ataque ácido é tipicamente levada a cabo em partes do circuito que precisa ter uma película fina de metal formada sobre estes canais. Estes filmes finos, seguindo o modelo do canal aliás, irá formar fios ou vias.

Deposição
Pode ser necessário expor os gases de matrizes para criar áreas elementares semi-condutores em cada chip. Áreas de semi-condutores são criados por imersão do silício com alumínio (desenvolvimento mais recente), arsenieto de gálio, gálio, boro, ou outro item que tem propriedades de condução. Claro, porque estes gases irá apenas áreas impregnar elementares que não têm mais o photoresist, modelos formarão em silício, que são semicondutores.

formada em camadas

Formada como uma camada de bolo
As operações acima descritas podem ser realizadas dezenas de vinte vezes para criar um circuito integrado completo. Num certo sentido, são construídas como uma camada de bolo de baixo para cima.

É claro que isso requer uma grande quantidade de planeamento porque as características de cada camada tem de comunicar uns com os outros e, finalmente, todas as camadas necessita de comunicar com o mundo exterior.

Escalas Limitações e descobertas

Escalas Wafer
Quando os chips foram fabricados com este processo, o tamanho típico dos fatia 25 milímetros ou cerca de uma polegada de diâmetro. Com o passar do tempo e porque as fichas individuais são mais baratos se mais pode ser feito ao mesmo tempo, que o diâmetro é constantemente impressionado para cima a trinta e oito (38 mm), cinquenta (51 milímetros), setenta e cinco (75 mm), 100 (cem mm) por meio de trezentos (300 mm) eo tempo quatrocentos (450 milímetros) milímetros de diâmetro. A bolacha 300 milímetros é ligeiramente menor do que doze polegadas de diâmetro e 50 mm de quatro bolacha ligeiramente maior do que dezassete (17 ") polegadas de diâmetro.

Escalas Circuit
Desde as bolachas têm aumentado em tamanho com as características reais do circuito integrado são reduzidos. Quando a Intel criou o primeiro circuito integrado do microprocessador (Intel 4004) o tamanho típico de cada parte do transistor (fio, junção, ou conector) em que o circuito estavam na gama de dez (10μm3 micrómetros); que foi em 1971. Em 1975, o equilíbrio estava na gama de três (3 microns) micrómetros, em 1982 um (1 micron) escala micrométrica. Em 1990, as características do circuito foram medidos nos (900nm) nanômetros século XX e continuará a ser no bilionésimo de um metro varia hoje.

Este ano de 2011, as características do circuito vai quebrar a barreira trinta nanômetros e continuará a declinar. Espera-se que até 2012 as características do circuito vai bater o (16nm4) assinar dezesseis nanômetros e, até 2015, a marca de onze (11Nm) nanômetros.

Limitações
Perdas
Como características do circuito têm enfrentam problemas de reduzida. Com menos espaço entre as características elétrons tendem a "fuga" de um dispositivo para um dispositivo adjacente no mesmo circuito. Isso faz com que os transistores que deveriam ser "off" de repente ser "on".

Isto foi causado por uma "fuga" de elétrons de um transistor de um transistor próximo. Isto fez com que os fabricantes de usar diferentes materiais de alumínio (em vez de arseneto de gálio) ou adicionar funções de circuito adicionais para cada transistor para os isolar electricamente.

Resolução distorcido
Desde características circuito continuará a encolher processo fotográfico de transferência de imagens de circuito wafer também encontrou problemas. Mesmo que o comprimento de onda da luz ultravioleta é muito fina e tem uma alta resolução no redimensionamento nanômetros estas imagens ainda tendem a ficar turva como características se tornam menores. Não foi pensado para ser uma forma de melhorar a resolução, se a imagem será projetada a partir da máscara para o chip.

Para ultrapassar este problema fotolitografia foi feito em um vácuo completo, mas mesmo esta etapa teve seus limites. Agora "imersão" litografia é utilizado porque a água purificada tende a manter o feixe de luz perto do fundo da superfície da bolacha.

A litografia de imersão tem seus problemas; a água deve ser muito puro e não têm gases aprisionados (tal como azoto ou oxigénio) na mesma. Este, por sua vez, adicionou outra camada de complexidade ao processo.

Innovations
Como o tamanho do circuito são materiais reduzidos cientistas que trabalham com os físicos têm explorado vários gases elementares, usando técnicas fotográfica mais fina, e também para melhorar os materiais que compõem o sistema ótico da lente.

Passos Criando Circuit

O vídeo acima mostra imediatamente setenta fases distintas de photoresist, depósito, gravura, etc. para criar um transistor.

Wrap Up

Os processos descritos aqui são necessidade muito geral. Muitas das técnicas de produção utilizadas hoje são os segredos comerciais dos produtores em causa.

Houve muitos benefícios para os componentes eletrônicos feitos com dimensões dos circuitos são cada vez menores.

Menos energia é necessário para executar os transistores menores. Como os dispositivos necessários menos de energia que costumavam ser conectado a uma tomada de parede agora pode ser executado em alone.They bateria também pode ser alimentado por mais tempo com menos energia na fonte. Além disso, eles tendem a realizar o arrefecimento com a redução da potência instalada.

Uma outra vantagem do circuito de menor a redução do custo de fabricação cada chip indivíduo. Como tamanho de lasca são reduzidos e o tamanho das bolachas alargada, o custo para a sua produção também diminuiu. Isso faz com que o custo de cada chip de meros tostões em vez de dólares para produzir.

É claro que os circuitos integrados menores significam que o dispositivo entra em também pode ser menor.

Por fim, o projeto de circuito menor significa que os computadores cada vez mais potentes podem ser fabricados que são muito menores do que o fornecido imediatamente antes.

O resultado líquido é que os chips modernos são menores, mais baratos, mais poderosos, e consomem menos energia do que uma versão produzida apenas dois anos antes. E isso vai ser verdade, dois anos depois.

Lei de Moore
Co-fundador da Intel Gordon E. Moore previu em 1965 que cerca de dois em dois anos, o número de circuitos embalados em um determinado espaço seria o dobro.

"O futuro da eletrônica integrada é o futuro do mesmo endereço. As vantagens da integração levará a uma proliferação de produtos eletrônicos, empurrando esta ciência em muitas áreas novas.

"Circuitos integrados levará a maravilhas como computadores domésticos ou em terminais menos ligados a um computador central, controles automáticos de automóveis e equipamentos de comunicação portáteis pessoais. O relógio de pulso eletrônico só precisa de um monitor para ser viável hoje." - Gorden E. Moore (Electronics, Volume 38, Número 8, 19 de abril de 1965)

Notas

1 litografia é na verdade um processo de impressão usando uma pedra (ou a chapa de metal) para transferir a tinta sobre o papel. O uso deste termo em eletrônica é necessariamente impreciso, mas como acontece com muitas tecnologias novas, os termos tiveram de ser emprestada de algum lugar.

A 2 mm são 0,0393 polegadas. millmeter em mili significa milésimo

3 Um micrômetro é 0,000393 polegadas. micro em micrômetros significa milionésimo

4 Um nanômetro é 0,000000393 polegadas. nano em nanômetros significa bilionésimo

Disclaimer

O autor não foi compensada de alguma forma, tanto monetariamente, descontos, brindes ou qualquer uma das empresas mencionadas.

Embora o autor faz um pequeno lucro para a contagem de palavras deste artigo ninguém que vem diretamente dos fabricantes citados. O autor também está a fazer um pequeno lucro com publicidade em anexo a este artigo.

O autor não tem qualquer controlo sobre a publicidade ou o conteúdo de tais anúncios.

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