Mblidhni mikroqarqe. Si bëhen qarqet e integruara

Bota moderne është aq e kompjuterizuar saqë jeta jonë praktikisht nuk mund të imagjinohet pa ekzistimin e pajisjeve elektronike që na shoqërojnë në të gjitha sferat e jetës dhe veprimtarisë sonë.
Dhe përparimi nuk qëndron ende, por vazhdon të përmirësohet vazhdimisht: pajisjet zvogëlohen dhe bëhen më të fuqishme, më kapacitive dhe më produktive. Ky proces bazohet në teknologji prodhimi i mikroqarqeve, që është, në një version të thjeshtuar, lidhja e disa diodave pa kasë, triodave, transistorëve, rezistorëve dhe të tjera aktive. komponente elektronike(nganjëherë numri i tyre në një mikroqark arrin disa miliona), të bashkuar nga një qark.

Kristalet gjysmëpërçuese (silikon, germanium, oksid hafniumi, arsenidi i galiumit) janë baza për prodhimin e të gjitha mikroqarqeve. Mbi to bëhen të gjitha lidhjet elementare dhe ndër-elementare. Më i zakonshmi prej tyre është silikoni, pasi është, për nga vetitë fiziko-kimike, më i përshtatshmi për këto qëllime, një gjysmëpërçues. Fakti është se materialet gjysmëpërçuese i përkasin një klase me përçueshmëri elektrike të vendosur midis përçuesve dhe izolatorëve. Dhe ata mund të veprojnë si përçues dhe dielektrikë, në varësi të përmbajtjes së papastërtive të tjera kimike në to.

Krijohen mikroqarqe duke krijuar në mënyrë sekuenciale shtresa të ndryshme në një vaferë të hollë gjysmëpërçuese, të cilat janë para-lustruar dhe sillen me metoda mekanike ose kimike në një përfundim pasqyre. Sipërfaqja e saj duhet të jetë absolutisht e lëmuar në nivelin atomik.

Fazat e videos së prodhimit të mikrocirkut:

Gjatë formimit të shtresave, për shkak të faktit se modelet e aplikuara në sipërfaqen e pllakës janë kaq të vogla, materiali që më pas formon modelin depozitohet menjëherë në të gjithë sipërfaqen, dhe më pas i panevojshëm hiqet duke përdorur procesin e fotolitografisë.

Fotolitografia është një nga fazat kryesore prodhimi i çipave dhe të kujton disi prodhimin e fotografisë. Në sipërfaqen e materialit të aplikuar më parë, aplikohet në një shtresë të barabartë një material i veçantë i ndjeshëm ndaj dritës (fotorezist), më pas thahet. Më tej, përmes një fotomaske të veçantë, modeli i kërkuar projektohet në sipërfaqen e shtresës. Nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë, zonat individuale të fotorezistit ndryshojnë vetitë e tyre - ai bëhet më i fortë, prandaj, zonat e parrezatuara hiqen më pas. Kjo metodë e vizatimit të një modeli është aq efektive në saktësinë e saj sa do të përdoret ende për një kohë të gjatë.

Kjo pasohet nga procesi i lidhjes elektrike midis transistorëve në mikroqarqe, duke kombinuar transistorët në qeliza të veçanta dhe qelizat në blloqe të veçanta. Ndërlidhjet krijohen në disa shtresa metalike të mikroqarqeve të përfunduara. Bakri përdoret kryesisht si materiale në prodhimin e shtresave dhe ari përdoret për skema veçanërisht produktive. Numri i shtresave të lidhjeve elektrike varet nga fuqia dhe performanca e mikroqarkut që krijohet - sa më i fuqishëm të jetë, aq më shumë përmban këto shtresa.

Kështu, merret një strukturë komplekse tre-dimensionale e një mikroqarku elektronik me një trashësi prej disa mikronësh. Pastaj qarku elektronik mbulohet me një shtresë materiali dielektrik me trashësi disa dhjetëra mikron. Në të, hapen vetëm jastëkët e kontaktit, përmes të cilave energjia dhe sinjalet elektrike nga jashtë furnizohen më pas në mikroqark. Më poshtë është ngjitur një pllakë stralli me trashësi qindra mikron.

Në fund të procesit të prodhimit, kristalet në vaferë testohen individualisht. Pastaj çdo çip paketohet në kutinë e vet, me ndihmën e të cilit bëhet e mundur lidhja e tij me pajisje të tjera. Pa dyshim, lloji i paketimit varet nga qëllimi i mikroqarkut dhe mënyra se si përdoret. Patate të skuqura të paketuara kalojnë në fazën kryesore të testit të stresit: ekspozimi ndaj temperaturës, lagështisë, energjisë elektrike. Dhe tashmë sipas rezultateve të testimit, ato refuzohen, renditen dhe klasifikohen sipas specifikimeve.

Një gjë e rëndësishme në procesin e prodhimit të pjesëve në nivel mikro, siç janë mikroqarqet, është pastërtia ideale e ambienteve për prodhim. Prandaj, për të siguruar pastërtinë ideale, përdoren dhoma të pajisura posaçërisht, të cilat, para së gjithash, janë plotësisht të izoluara, të pajisura me mikrofiltra për pastrimin e ajrit, personeli që punon në këto dhoma ka kominoshe që parandalojnë hyrjen e çdo mikrogrimce. Përveç kësaj, në dhoma të tilla, sigurohet një lagështi e caktuar, temperatura e ajrit, ato janë ndërtuar mbi themele me mbrojtje kundër dridhjeve.

Video - ekskursion në fabrikën ku prodhohen mikroqarqe:

Mbrapa

Përpara -

A keni një ide biznesi? Në faqen tonë të internetit mund të llogarisni përfitueshmërinë e tij në internet!

Në këtë artikull do të flasim për mikroqarqet, cilat lloje ekzistojnë, si janë rregulluar dhe ku përdoren. Në përgjithësi, në teknologjinë moderne elektronike është e vështirë të gjesh një pajisje që nuk përdor mikroqarqe. Edhe lodrat më të lira kineze përdorin një shumëllojshmëri çipsash planare, të mbushura me rrëshirë, të cilat kanë për detyrë funksionin e kontrollit. Për më tepër, çdo vit ato bëhen gjithnjë e më komplekse brenda, por më të lehta për t'u përdorur dhe më të vogla në madhësi, jashtë. Mund të themi se ka një evolucion të vazhdueshëm të mikroqarqeve.

Një mikroqark është një pajisje elektronike ose pjesë e saj e aftë për të kryer një detyrë të caktuar. Nëse do të kërkohej të zgjidhej një problem i tillë, të cilin e zgjidhin shumë mikroqarqe, në elementë diskretë, në transistorë, atëherë pajisja, në vend të një drejtkëndëshi të vogël me përmasa 1 centimetër me 5 centimetra, do të zinte një kabinet të tërë dhe do të ishte shumë më pak i besueshëm. . Por kështu dukeshin kompjuterët gjysmëqind vjet më parë!

Kabineti i kontrollit elektronik - foto

Sigurisht, që mikroqarku të funksionojë, nuk mjafton vetëm furnizimi me energji për të, i ashtuquajturi " komplet trupi”, Dmth ato pjesë ndihmëse në tabelë, së bashku me të cilat mikroqarku mund të kryejë funksionin e tij.

Kompleti i trupit të çipit - vizatim

Në foton e mësipërme, vetë mikroqarku është theksuar me të kuqe, të gjitha pjesët e tjera janë të sajat " komplet trupi“. Shumë shpesh mikroqarqet nxehen gjatë punës së tyre, mund të jenë mikroqarqe stabilizues, mikroprocesorë dhe pajisje të tjera. Në këtë rast, në mënyrë që mikroqarku të mos digjet, duhet të ngjitet në radiator. Mikroqarqet, të cilat duhet të nxehen gjatë funksionimit, projektohen menjëherë me një pllakë speciale për izolimin e nxehtësisë - një sipërfaqe e vendosur zakonisht në anën e pasme të mikroqarkut, e cila duhet të përshtatet mirë me radiatorin.

Por në lidhje, edhe një radiator i lëmuar me kujdes dhe një pllakë do të kenë ende boshllëqe mikroskopike, si rezultat i të cilave nxehtësia nga mikroqarku do të transferohet në mënyrë më pak efikase në radiator. Për të mbushur këto boshllëqe, përdoret një pastë që përcjell nxehtësi. Ai që vendosëm në procesorin e kompjuterit përpara se të rregullojmë radiatorin sipër tij. Një nga pastat më të përdorura është CBT-8.

Përforcuesit në mikroqarqe mund të bashkohen fjalë për fjalë në 1-2 mbrëmje, dhe ata fillojnë të punojnë menjëherë, pa pasur nevojë për akordim kompleks dhe kualifikim të lartë të akorduesit. Më vete, dua të them për mikroqarqet e amplifikatorëve të makinave, nga kompleti i trupit ndonjëherë ka fjalë për fjalë 4-5 pjesë. Për të montuar një përforcues të tillë, me një saktësi të caktuar, nuk keni nevojë as për një tabelë të qarkut të printuar (megjithëse është e dëshirueshme) dhe mund të montoni gjithçka me montim sipërfaqësor, pikërisht në kunjat e mikroqarkut.

Vërtetë, pas montimit, është më mirë të vendosni menjëherë një përforcues të tillë në kuti, sepse një dizajn i tillë nuk është i besueshëm, dhe në rast të një qarku të shkurtër aksidental të telave, mikroqarku mund të digjet lehtësisht. Prandaj, unë rekomandoj për të gjithë fillestarët, le të kalojnë pak më shumë kohë, por të bëjnë një bord qark të printuar.

Furnizimet e rregulluara të energjisë në mikroqarqe - stabilizuesit janë edhe më të lehtë për t'u prodhuar sesa ato të ngjashme në transistorë. Shihni sa pjesë janë zëvendësuar nga mikroqarku më i thjeshtë LM317:

Mikroqarqet në bordet e qarqeve të printuara në pajisjet elektronike mund të bashkohen ose drejtpërdrejt në shiritat e printimit ose të vendosen në priza të veçanta.

Prizë për një çip zhytjeje - foto

Dallimi është se në rastin e parë, në mënyrë që ne të zëvendësojmë mikroqarkun, fillimisht duhet ta avullojmë atë. Dhe në rastin e dytë, kur e vendosim mikroqarkun në prizë, mjafton që ta nxjerrim mikroqarkun nga priza dhe mund të zëvendësohet lehtësisht me një tjetër. Një shembull tipik i zëvendësimit të një mikroprocesori në një kompjuter.

Gjithashtu, për shembull, nëse montoni një pajisje në një mikrokontrollues të ndezur bordi i qarkut të printuar, dhe nuk parashikon programim në qark, mundeni, nëse e keni bashkuar në tabelë jo vetë mikroqarkun, por prizën në të cilën është futur, atëherë mikroqarku mund të nxirret dhe të lidhet me një tabelë të veçantë programuesi.

Prizat për rastet e ndryshme të mikrokontrolluesve për programim janë ngjitur tashmë në pllaka të tilla.

Mikroqarqe analoge dhe dixhitale

Mikroqarqet janë në dispozicion në lloje të ndryshme, ato mund të jenë analoge dhe dixhitale. Të parët, siç nënkupton edhe emri, punojnë me një formë vale analoge, ndërsa të dytat punojnë me një formë valore dixhitale. Sinjali analog mund të marrë shumë forma.

Një sinjal dixhital është një sekuencë e njëshe dhe zero, sinjale të larta dhe të ulëta. Një nivel i lartë sigurohet duke aplikuar 5 volt ose një tension afër kësaj në pin, një nivel i ulët është mungesa e tensionit ose 0 volt.

Ka edhe mikroqarqe ADC (konvertues analog - dixhital) dhe DAC (konvertues dixhital - analog) i cili konverton sinjalin nga analog në dixhital dhe anasjelltas. Një shembull tipik i një ADC përdoret në një multimetër për të kthyer vlerat e matura elektrike dhe për t'i shfaqur ato në ekranin e multimetrit. Në figurën më poshtë, ADC është një njollë e zezë, së cilës i përshtaten gjurmët nga të gjitha anët.

Mikrokontrolluesit

Relativisht kohët e fundit, në krahasim me prodhimin e transistorëve dhe mikroqarqeve, u krijua prodhimi i mikrokontrolluesve. Çfarë është një mikrokontrollues?

Ky është një mikroqark i veçantë, mund të prodhohet në të dyja Dip kështu në SMD ekzekutimi, në memorien e të cilit mund të shkruhet një program, i ashtuquajturi Heks dosje... Ky është një skedar i përpiluar firmware që është shkruar në një redaktues të veçantë të kodit të programit. Por nuk mjafton të shkruani firmuerin, duhet ta transferoni, ta ndezni në kujtesën e mikrokontrolluesit.

Programues - foto

Për këtë qëllim shërben programues... Siç e dinë shumë, ka shumë tipe te ndryshme mikrotrollers - AVR, PIC dhe të tjera, për lloje të ndryshme na duhen programues të ndryshëm. Ekziston gjithashtu dhe të gjithë do të mund të gjejnë dhe të bëjnë një të përshtatshme për sa i përket njohurive dhe aftësive. Nëse nuk dëshironi ta bëni vetë programuesin, atëherë mund të blini një të gatshëm në dyqanin online ose të porosisni nga Kina.

Figura e mësipërme tregon një mikrokontrollues në një paketë SMD. Cilat janë avantazhet e përdorimit të mikrokontrolluesve? Nëse më herët, gjatë projektimit dhe montimit të një pajisjeje në elementë ose mikroqarqe diskrete, ne vendosim funksionimin e pajisjes me anë të një lidhjeje të caktuar, shpesh komplekse në një tabelë të qarkut të printuar duke përdorur shumë pjesë. Tani na mjafton të shkruajmë një program për një mikrokontrollues, i cili do të bëjë të njëjtën gjë në mënyrë programore, shpesh më të shpejtë dhe më të besueshëm se një qark pa përdorur mikrokontrollues. Mikrokontrolluesi është një kompjuter i tërë, me porte I/O, aftësi për të lidhur një ekran dhe sensorë, si dhe për të kontrolluar pajisje të tjera.

Sigurisht, përmirësimi i mikroqarqeve nuk do të ndalet këtu, dhe mund të supozohet se pas 10 vjetësh do të ketë vërtet mikroqarqe nga fjala " mikro"- i padukshëm për syrin, i cili do të përmbajë miliarda transistorë dhe elementë të tjerë, disa atome në madhësi - atëherë krijimi i pajisjeve elektronike më komplekse do të bëhet i disponueshëm edhe për amatorët e radios pa përvojë! rishikim i shkurtër i erdhi fundi, isha me ty AKV.

Diskutoni artikullin CHIPS

V. V. Panyushkin

("KhiZh", 2014, nr. 4)

Prodhimi i çipave të vegjël që i japin jetë një laptopi është një nga më komplekset dhe më të sofistikuarit. Ai përbëhet nga më shumë se treqind operacione, dhe një cikël prodhimi mund të zgjasë deri në disa javë. Si duket ky proces në një mënyrë të thjeshtuar?

Aplikoni një shtresë silikoni

Gjëja e parë që duhet të bëni është të krijoni një shtresë shtesë në sipërfaqen e nënshtresës së silikonit me diametër 30 cm. Atomet e silikonit rriten në substrat me anë të epitaksisë: ato gradualisht vendosen në sipërfaqen e silikonit nga faza e gazit. Procesi zhvillohet në një vakum, këtu nuk ka asgjë të tepërt, prandaj, si rezultat, një shtresë më e hollë e silikonit më të pastër me të njëjtën strukturë kristalore si nënshtresa e silikonit formohet në sipërfaqe, vetëm edhe më e pastër. Me fjalë të tjera, marrim një substrat pak të përmirësuar.

Aplikoni një shtresë mbrojtëse

Tani, në sipërfaqen e nënshtresës, është e nevojshme të krijohet një shtresë mbrojtëse, domethënë thjesht oksidohet për të formuar filmin më të hollë të oksidit të silikonit SiO 2.

Funksioni i tij është shumë i rëndësishëm: filmi oksid do të parandalojë më tej rrymën elektrike që të rrjedhë nga pllaka. Nga rruga, në Kohët e fundit Në vend të dioksidit tradicional të silikonit, Intel filloi të përdorte një dielektrik me k- të lartë të bazuar në oksidet dhe silikatet e hafniumit, të cilat kanë një konstante dielektrike k më të lartë se dioksidi i silikonit. Shtresa dielektrike me k të lartë është bërë rreth dy herë më e trashë se shtresa konvencionale SiO 2 duke u ngushtuar rajonet fqinje, por për shkak të kësaj, me një kapacitet të krahasueshëm, rryma e rrjedhjes mund të reduktohet me një faktor prej njëqind. Kjo lejon që të vazhdojë miniaturizimi i procesorëve.

Aplikoni një shtresë fotorezisti

Një fotorezist duhet të aplikohet në shtresën mbrojtëse të oksidit të silikonit - material polimer, vetitë e të cilave ndryshojnë nën ndikimin e rrezatimit. Më shpesh, këtë rol e luajnë polimetakrilatet, arilsulfoesterët dhe rrëshirat fenl-formaldehide, të cilat shkatërrohen nga rrezatimi ultravjollcë (ky proces quhet fotolitografi). Ato aplikohen në një substrat rrotullues duke e spërkatur atë me një aerosol të substancës së përmendur. Në parim, është gjithashtu e mundur të përdoret një rreze elektronike (litografia me rreze elektronike) ose rrezatim i butë me rreze X (litografia me rreze X) duke i përshtatur ato me substancat e duhura të ndjeshme. Por ne do të shohim procesin tradicional të fotolitografisë.

Ne rrezatojmë me dritë ultravjollcë

Tani substrati është gati për kontakt me dritën ultravjollcë, por jo drejtpërdrejt, por përmes një ndërmjetësi - një fotomaskë, e cila vepron si një shabllon. Në fakt, një fotomaskë është një vizatim i një mikroqarku të ardhshëm, i zmadhuar vetëm disa herë. Për ta projektuar atë në sipërfaqen e nënshtresës, përdoren lente speciale për të zvogëluar imazhin. Kjo rezulton në qartësi dhe saktësi mahnitëse të projektimit.

Drita ultravjollcë, duke kaluar nëpër maskë dhe thjerrëza, projekton imazhin e qarkut të ardhshëm në substrat. Në fotomaskë, seksionet e ardhshme të punës të mikroqarkut të integruar janë transparente ndaj rrezatimit ultravjollcë, dhe seksionet pasive janë anasjelltas. Në ato vende të nënshtresës ku do të vendosen elementët strukturorë aktivë, rrezatimi shkatërron fotorezistin. Dhe në zonat pasive, shkatërrimi nuk ndodh, sepse drita ultravjollcë nuk arrin atje: klishe është shabllon. Reaksion kimik ajo që ndodh në shtresën nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë është shumë e ngjashme me reagimin në film që ndodh gjatë fotografimit. Fotorezisti i shkatërruar shpërndahet lehtësisht, kështu që nuk është e vështirë të hiqni produktet e dekompozimit nga nënshtresa. Meqë ra fjala, nevojiten deri në 30 fotomaska ​​të ndryshme për të krijuar një procesor, kështu që hapi përsëritet ndërsa shtresat aplikohen me njëra-tjetrën.

Ne helmojmë

Pra, vizatimi i qarkut të ardhshëm me të gjithë elementët deri në disa nanometra në madhësi transferohet në sipërfaqen e nënshtresës. Zonat ku shtresa mbrojtëse është shembur tani duhet të hiqen. Në këtë rast, seksionet pasive nuk do të vuajnë, pasi ato mbrohen nga një shtresë polimer e fotorezistit, e cila nuk u shemb në fazën e mëparshme. Zonat e rrezatuara gërmohen ose me reagentë kimikë ose me metoda fizike.

Në rastin e parë, për të shkatërruar shtresën e dioksidit të silikonit, përdoren kompozime të bazuara në acid fluorik dhe fluor amonium. Gdhendja e lëngshme është një gjë e mirë, por ka një problem: lëngu tenton të rrjedhë nën shtresën rezistente në zonat pasive ngjitur. Si rezultat, detajet e modelit të gdhendur rezultojnë të jenë në përmasa më të mëdha se sa parashikohen nga maska. Prandaj, preferohet një metodë fizike e thatë - gravimi i joneve reaktive duke përdorur plazmë. Një gaz reaktiv i përshtatshëm zgjidhet për çdo material të etched thatë. Pra, silici dhe komponimet e tij gërmohen me klor dhe plazmë që përmban fluor (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6). Vërtetë, gravurja e thatë ka gjithashtu një disavantazh - selektivitet më të ulët në krahasim me gravurë të lëngët. Për fat të mirë, ekziston një metodë universale për këtë rast - gdhendje me rreze jonike. Ai është i përshtatshëm për çdo material ose kombinim materialesh dhe ka rezolucion më të lartë nga çdo metodë graduimi, duke prodhuar elementë me madhësi më të vogël se 10 nm.

Ne aliazh

Tani është koha për implantimin e joneve. Ai lejon futjen e pothuajse çdo elementi kimik në sasinë e kërkuar në një thellësi të caktuar në zonat e gdhendura ku është ekspozuar nënshtresa e silikonit. Qëllimi i këtij operacioni është të ndryshojë llojin e përçueshmërisë dhe përqendrimin e transportuesve në pjesën më të madhe të gjysmëpërçuesit për të marrë vetitë e dëshiruara, për shembull, butësinë e kërkuar të kryqëzimit p-n. Dopantët më të zakonshëm për silikon janë fosfori, arseniku (që siguron përcjellshmëri të elektroneve të tipit n) dhe bor (përçueshmëria e vrimave të tipit p). Jonet e elementeve të implantuar në formën e plazmës përshpejtohen në shpejtësi të lartë fushë elektromagnetike dhe bombardoni me to nënshtresën. Jonet energjetike depërtojnë në zona të pambrojtura, duke u zhytur në kampion në një thellësi prej disa nanometra deri në disa mikrometra.

Pas futjes së joneve, shtresa fotorezistente hiqet dhe struktura rezultuese pjeket në temperaturë të lartë për të rivendosur strukturën e dëmtuar të gjysmëpërçuesit dhe jonet e ligandit zënë vendet e rrjetës kristalore. Në përgjithësi, shtresa e parë e transistorëve është gati.

Bërja e dritareve

Në krye të tranzistorit që rezulton, është e nevojshme të aplikohet një shtresë izoluese, në të cilën tre "dritare" janë gdhendur me të njëjtën metodë fotolitografike. Nëpërmjet tyre, në të ardhmen do të krijohen kontakte me transistorë të tjerë.

Aplikoni metal

Tani e gjithë sipërfaqja e pllakës është e mbuluar me një shtresë bakri duke përdorur depozitimin e vakumit. Jonet e bakrit udhëtojnë nga elektroda pozitive (anoda) në elektrodën negative (katoda), e cila është nënshtresa, dhe zbresin mbi të, duke mbushur dritaret e krijuara nga gravurja. Më pas sipërfaqja lëmohet për të hequr bakrin e tepërt. Metali aplikohet në disa faza për të krijuar ndërlidhje (mund t'i mendoni si tela lidhës) midis transistorëve individualë.

Paraqitja e ndërlidhjeve të tilla përcaktohet nga arkitektura e mikroprocesorit. Kështu, në procesorët modernë, vendosen lidhje midis rreth 20 shtresave që formojnë një skemë komplekse tredimensionale. Numri i shtresave mund të ndryshojë në varësi të llojit të procesorit.

Duke testuar

Më në fund, disku ynë është gati për testim. Inspektori kryesor këtu është kokat e sondës në impiantet automatike të klasifikimit të pllakave. Duke prekur pllakat, ata matin parametrat elektrikë. Nëse diçka shkon keq, ata shënojnë kristalet me defekt, të cilat më pas hidhen. Nga rruga, një kristal në mikroelektronikë quhet një qark i vetëm i integruar me kompleksitet arbitrar, i vendosur në një meshë gjysmëpërçuese.

Ne prerë

Pastaj pllakat ndahen në kristale të vetme. Në një nënshtresë me diametër 30 cm vendosen rreth 150 mikroqarqe, afërsisht 2x2 cm.

Procesori është gati!

Pas kësaj, lidhet një bllok kontakti, i cili siguron komunikim midis procesorit dhe pjesës tjetër të sistemit, kristalit dhe kapakut, i cili largon nxehtësinë nga kristali në ftohës.

Procesori është gati! Sipas vlerësimeve të mia (ndoshta shumë të pasakta), prodhimi i një procesori modern, siç është, për shembull, një Intel Core i7 me katër bërthama, kërkon rreth një muaj funksionim të një fabrike ultramoderne dhe 150 kWh energji elektrike. Në të njëjtën kohë, masa e silikonit dhe kimikateve të konsumuara për kristal llogaritet më së shumti në gram, bakri - në fraksione të një grami, ari për kontaktet - në miligramë dhe ligande si fosfori, arseniku, bor - dhe akoma më pak.

Fjalori

Për ata që rrezikojnë të ngatërrohen në substrate, çipa, përpunues dhe kristale, ne paraqesim një fjalor të vogël termash.

Substrati - një vaferë silikoni monokristaline e rrumbullakët me diametër 10 deri në 45 cm, mbi të cilën rriten mikroqarqet gjysmëpërçuese me metodën e epitaksisë.

Kristal, çip, qark i integruar - jo i lidhur me një pjesë tjetër të nënshtresës me një sistem transistorësh shumështresor të rritur në të, të lidhur me kontakte bakri. Më tej përdoret si pjesa kryesore e mikroprocesorit.

Ligand (dopant) - në rastin e materialeve gjysmëpërçuese, një substancë, atomet e së cilës janë të ngulitura në rrjetën e një kristali silikoni, duke ndryshuar përçueshmërinë e tij.

Procesor, mikroprocesor - elementi qendror informatik i kompjuterëve modernë. Përbëhet nga një kristal i vendosur në një jastëk kontakti dhe i mbuluar me një mbulesë që shpërndan nxehtësinë.

Fotomaskë - një pllakë e tejdukshme me një model nëpër të cilin kalon drita kur rrezatohet fotorezisti.

Fotorezist - një material polimer fotosensiv, vetitë e të cilit, për shembull, tretshmëria, ndryshojnë pas ekspozimit ndaj një lloji të caktuar rrezatimi.

Epitaksi - rritje e rregullt e orientuar e një kristali në sipërfaqen e një tjetri. Në këtë rast, fjala "kristal" përdoret në kuptimin e saj themelor. Ka shumë metoda për prodhimin e kristaleve të renditura bazuar në rritjen epitaksiale.

Çip

Qarqe moderne të integruara të krijuara për montim në sipërfaqe.

Mikroqarqe dixhitale sovjetike dhe të huaja.

Integrale(angl. Qarku i integruar, IC, mikroqark, mikroçip, çip silikoni ose çip), ( mikro)skema (IS, IC, m / sh), çip, mikroçip(eng. çip- çip, çip, çip) - pajisje mikroelektronike - një qark elektronik me kompleksitet arbitrar, i bërë në një kristal (ose film) gjysmëpërçues dhe i vendosur në një kuti jo të ndashme. Shpesh nën qark i integruar(IS) kuptojnë kristalin ose filmin aktual me qark elektronik dhe nën mikroqark(MS) - ËSHTË i mbyllur në një rast. Në të njëjtën kohë, shprehja "komponentët e çipit" do të thotë "përbërës të montimit në sipërfaqe" në krahasim me komponentët për saldimin tradicional në vrima në një tabelë. Prandaj, është më e saktë të thuhet "mikrocirku i çipit", që do të thotë një mikroqark për montim në sipërfaqe. Për momentin (vit) shumica e mikroqarqeve prodhohen në paketa për montim në sipërfaqe.

Histori

Shpikja e mikroqarqeve filloi me studimin e vetive të filmave të hollë të oksidit, të manifestuara në efektin e përçueshmërisë së dobët elektrike në tensione të ulëta elektrike. Problemi ishte se nuk kishte kontakt elektrik në pikën e kontaktit të dy metaleve, ose kishte veti polare. Studimet e thella të këtij fenomeni çuan në zbulimin e diodave dhe më vonë transistorëve dhe qarqeve të integruara.

Nivelet e projektimit

• Fizike - metodat e zbatimit të një transistori (ose një grupi të vogël) në formën e zonave të dopuara në një kristal.
• Elektrike - parim qark elektrik(tranzistorë, kondensatorë, rezistorë, etj.).
• Logic - një qark logjik (invertorët logjikë, elementët OSE-JO, DHE-JO, etj.).
• Niveli i inxhinierisë së qarkut dhe sistemit - qarqet inxhinierike të qarkut dhe sistemit (ngacmuesit, krahasuesit, koduesit, dekoderat, ALU-të, etj.).
• Fotomaska ​​topologjike - topologjike për prodhim.
• Niveli i softuerit (për mikrokontrolluesit dhe mikroprocesorët) - udhëzime montimi për programuesin.

Aktualisht, shumica e qarqeve të integruara janë zhvilluar duke përdorur sisteme CAD, të cilat ju lejojnë të automatizoni dhe shpejtoni ndjeshëm procesin e marrjes së maskave topologjike.

Klasifikimi

Shkalla e integrimit

Emërimi

Një mikroqark i integruar mund të ketë një funksionalitet të plotë, sado kompleks - deri në një mikrokompjuter të tërë (mikrokompjuter me një çip).

Qarqet analoge

• Gjeneruesit e sinjalit
• Shumëzues analog
• Atenuatorë analogë dhe amplifikues të ndryshueshëm
• Stabilizuesit e furnizimit me energji elektrike
• IC-të e kontrollit për ndërrimin e furnizimeve me energji elektrike
• Konvertuesit e sinjalit
• Qarqet e sinkronizimit
• Sensorë të ndryshëm (temperaturë, etj.)

Qarqet dixhitale

• Porta logjike
• Konvertuesit buferik
• Modulet e memories
• Procesorë (mikro) (përfshirë CPU-në në një kompjuter)
• Mikrokompjuterë me një çip
• FPGA - Qarqet e Integruara Logjike të Programueshme

Qarqet e integruara dixhitale kanë një sërë përparësish mbi ato analoge:

• Konsumi i reduktuar i energjisë lidhur me përdorimin e sinjaleve elektrike pulsuese në elektronikën dixhitale. Kur merrni dhe konvertoni sinjale të tilla, elementët aktivë të pajisjeve elektronike (tranzistorët) funksionojnë në një modalitet "kyç", domethënë, transistori është ose "i hapur" - që korrespondon me një sinjal të nivelit të lartë (1), ose "i mbyllur". " - (0), në rastin e parë nuk ka rënie të tensionit në tranzistor, në të dytën - asnjë rrymë nuk rrjedh nëpër të. Në të dyja rastet, konsumi i energjisë është afër 0, në ndryshim nga pajisjet analoge, në të cilat transistorët janë në një gjendje të ndërmjetme (rezistente) shumicën e kohës.
• Imunitet i lartë ndaj zhurmës pajisjet dixhitale shoqërohen me një ndryshim të madh midis sinjaleve të nivelit të lartë (për shembull, 2,5 - 5 V) dhe të ulët (0 - 0,5 V). Një gabim është i mundur me një ndërhyrje të tillë, kur një nivel i lartë perceptohet si i ulët dhe anasjelltas, gjë që nuk ka gjasa. Përveç kësaj, pajisjet dixhitale mund të përdorin kode speciale për të korrigjuar gabimet.
• Dallimi i madh midis sinjaleve të nivelit të lartë dhe të ulët dhe një interval mjaft i gjerë i ndryshimeve të tyre të lejuara e bën teknologjinë dixhitale i pandjeshëm ndaj shpërndarjes së pashmangshme të parametrave të elementeve në teknologjinë integrale, eliminon nevojën për zgjedhjen dhe konfigurimin e pajisjeve dixhitale.

Ardhja e qarqeve të integruara ka bërë një revolucion të vërtetë teknologjik në industrinë e elektronikës dhe IT. Duket se vetëm disa dekada më parë, për llogaritjet më të thjeshta elektronike, u përdorën kompjuterë të mëdhenj me llambë, të cilët zinin disa dhoma dhe madje edhe ndërtesa të tëra.

Këta kompjuterë përmbanin mijëra tuba vakum, të cilët kërkonin energji elektrike kolosale dhe sisteme të veçanta ftohjeje për të funksionuar. Sot ato janë zëvendësuar nga kompjuterë të bazuar në qarqe të integruara.

Në thelb, një qark i integruar është një bashkim i shumë komponentëve gjysmëpërçues mikroskopikë të vendosur në një nënshtresë dhe të paketuar në një paketë miniaturë.

Një çip i vetëm modern, me madhësinë e një thoi njeriu, mund të përmbajë disa miliona dioda, transistorë, rezistorë, tela plumbi dhe komponentë të tjerë brenda që do të kërkonin hapësirën e një hangari mjaft të madh për t'i vendosur ato në kohët e vjetra.

Nuk ka nevojë të kërkoni larg për shembuj, procesori i7, për shembull, përmban më shumë se tre miliardë transistorë në një sipërfaqe prej më pak se 3 centimetra katrorë! Dhe ky nuk është kufiri.

Më tej, tani do të shikojmë bazën e procesit të krijimit të mikroqarqeve. Mikroqarku formohet nga teknologjia planare (sipërfaqësore) me anë të litografisë. Kjo do të thotë që ajo është, si të thuash, e rritur nga një gjysmëpërçues në një substrat silikoni.

Para së gjithash, përgatitet një meshë e hollë silikoni, e cila përftohet nga një kristal i vetëm silikoni duke prerë nga një pjesë cilindrike e punës duke përdorur një disk të veshur me diamant. Pllaka është e lëmuar në kushte të veçanta për të shmangur marrjen e papastërtive dhe çdo pluhuri mbi të.

Pas kësaj, pllaka oksidohet - ajo i ekspozohet oksigjenit në një temperaturë prej rreth 1000 ° C në mënyrë që të marrë në sipërfaqen e saj një shtresë të një filmi të fortë dielektrik të dioksidit të silikonit me një trashësi të numrit të kërkuar të mikronëve. Trashësia e shtresës së oksidit të marrë në këtë mënyrë varet nga koha e ekspozimit ndaj oksigjenit, si dhe nga temperatura e substratit gjatë oksidimit.

Më pas, një fotorezist aplikohet në një shtresë të dioksidit të silikonit - një përbërje fotosensitive, e cila, pas rrezatimit, shpërndahet në një farë mase. substancë kimike... Një klishe vendoset në fotorezist - një fotomaskë me zona transparente dhe të errëta. Pastaj pllaka me fotorezistin e aplikuar në të ekspozohet - ndriçohet nga një burim i rrezatimit ultravjollcë.

Si rezultat i ekspozimit, ajo pjesë e fotorezistit që ishte nën zonat transparente të fotomaskës ndryshon Vetitë kimike, dhe tani mund të hiqet lehtësisht së bashku me dioksidin e silikonit poshtë me kimikate të veçanta, duke përdorur plazmën ose një metodë tjetër - kjo quhet gravurë. Në fund të gravimit, zonat e vaferës të pambrojtura me fotorezist (të ekspozuar) hiqen nga fotorezisti i ekspozuar dhe më pas nga dioksidi i silikonit.

Pas gdhendjes dhe pastrimit të atyre vendeve të nënshtresës, në të cilat ka mbetur dioksidi i silikonit, nga fotorezisti jo i ndriçuar, fillon epitaksi - shtresat e substancës së dëshiruar me trashësi prej një atomi aplikohen në vaferën e silikonit. Sa më shumë shtresa të tilla mund të aplikohen. Më pas, pllaka nxehet dhe kryhet difuzioni i joneve të substancave të caktuara për të marrë rajone p dhe n. Bori përdoret si pranues dhe arseniku dhe fosfori përdoren si dhurues.

Në fund të procesit, metalizimi kryhet me alumin, nikel ose ar për të përftuar filma të hollë përçues që do të veprojnë si përçues lidhës për transistorët, diodat, rezistorët etj., të rritura në nënshtresë në fazat e mëparshme, në tabelën e qarkut të printuar .