Hogyan működnek az integrált áramkörök?

Az integrált áramkörök megjelenése valódi technológiai forradalmat hozott az elektronikai és az informatikai iparban. Úgy tűnik, hogy csak néhány évtizeddel ezelőtt az egyszerű elektronikus számításhoz hatalmas csőszámítógépeket használtunk, amelyek több helyet és akár egész épületet elfoglaltak.

Ezek a számítógépek sok ezer elektronikus lámpát tartalmaztak, amelyek munkájukhoz óriási villamos energiát és speciális hűtőrendszereket igényeltek. Manapság ezeket az integrált áramkörök számítógépei váltják fel.

Valójában az integrált áramkör sok mikroszkópos méretű félvezető elem összetevője, amelyet egy hordozóra helyeznek és egy miniatűr tokba csomagolnak.

Egy modern, egy emberi köröm méretű chip több millió diódát, tranzisztort, ellenállást, összekötő vezetéket és más alkatrészt tartalmazhat, amelyek a régi időkben egy meglehetősen nagy hangár helyet igényeltek elhelyezésükhöz.

Nem kell messze mennie a példákon, például az i7 processzor három milliárd tranzisztorral rendelkezik, kevesebb, mint 3 négyzetcentiméter területen! És ez nem a határ.

Ezután megvizsgáljuk a chipek létrehozásának folyamatát. A mikroáramkört sík (felületi) technológia szerint alakítják ki litográfiával. Ez azt jelenti, hogy mintha félvezetőből nőne fel egy szilícium szubsztrátumon.

Az első lépés egy vékony szilícium ostya előállítása, amelyet szilikon monokristályból nyernek egy hengeres munkadarabból egy gyémánttal bevont tárcsa segítségével. A lemezt speciális körülmények között csiszolják, hogy elkerüljék a szennyeződéseket és a port.

Ezután a lemezt oxidálják - körülbelül 1000 ° C hőmérsékleten oxigénnel érintkeztetik annak érdekében, hogy a felületére egy szilikon-dioxid erős dielektromos filmrétegét kapják, amelynek vastagsága a szükséges mikronok legyen. Az így kapott oxidréteg vastagsága az oxigén hatásának idejétől, valamint az oxidáció során a hordozó hőmérsékletétől függ.

Ezután a szilícium-dioxid rétegre fotorezistot alkalmaznak - ez egy fényérzékeny kompozíció, amely besugárzás után egy meghatározott kémiai anyagban feloldódik. A fényvisszaverőre egy sablont helyezzen el - egy átlátszó és átlátszatlan felületekkel rendelkező fotomaszkot. Ezután a lemezt, amelyen a fényvisszaverődés lerakódott, megvilágítják - ultraibolya sugárzás forrásával megvilágítják.

Az expozíció eredményeként a fotorezisztens rész, amely a fotomaszk átlátszó részei alatt volt, megváltoztatja kémiai tulajdonságait, és most speciális vegyi anyagokkal, plazmával vagy más módszerrel könnyen eltávolítható az alatta lévő szilícium-dioxiddal együtt - ezt maratásnak hívják. A maratás végén az ostya nem védett (megvilágított) helyeit megtisztítják a kitett fotorezistből, majd a szilícium-dioxidból.

A szubsztrát azon részeinek megvilágítatlan fotoreziszterrel végzett maratása és tisztítása után, amelyen a szilícium-dioxid megmaradt, epitaxiát kezdenek - a kívánt anyag egy atomrétegű rétegeit felviszik a szilícium ostyára. Az ilyen rétegeket annyira felhordhatjuk, amennyire szükséges. Ezután a lemezt melegítjük, és bizonyos anyagok ionjainak diffúzióját végezzük, hogy p- és n-régiót kapjunk. A bórt akceptorként, az arzént és a foszfort donorként használják.

A folyamat végén a metalizálást alumíniummal, nikkeltel vagy aranygal végezzük, hogy vékony vezető filmeket kapjunk, amelyek összekötő vezetőkként működnek a tranzisztorok, diódák, az előző szakaszokban a hordozón felvetett ellenállások stb. Számára.Ugyanígy kerülnek kimenetek a mikroáramkörnek a nyomtatott áramköri lapra történő felszerelésére szolgáló párnákra is.

Lásd még: Legendás analóg chipek