Mikroçipleri toplayın. Entegre devreler nasıl yapılır

Modern dünya o kadar bilgisayarlaştırılmıştır ki, hayatımızın ve faaliyetimizin her alanında bize eşlik eden elektronik cihazların varlığı olmadan hayatımızın pratikte hayal edilmesi imkansızdır.
Ve ilerleme durmuyor, sürekli gelişmeye devam ediyor: cihazlar küçülüyor ve daha güçlü, daha kapasitif ve daha üretken hale geliyor. Teknoloji bu sürecin merkezinde yer almaktadır. mikroçip üretimi, vücut diyotları, triyotlar, transistörler, dirençler ve diğer aktif olmayan birkaç bağlantının basitleştirilmiş bir versiyonudur. elektronik parçalar(bazen bir çipteki sayıları birkaç milyona ulaşır), bir devre tarafından birleştirilir.

Yarı iletken kristaller (silikon, germanyum, hafniyum oksit, galyum arsenit) tüm mikro devrelerin üretiminin temelidir. Tüm eleman ve elemanlar arası bağlantılar üzerlerinde yapılır. Bunlardan en yaygın olanı silikondur, çünkü fiziko-kimyasal nitelikleri açısından bu amaçlar için en uygun olan bir yarı iletkendir. Gerçek şu ki, yarı iletken malzemeler, iletkenler ve yalıtkanlar arasında bulunan elektriksel iletkenliğe sahip sınıfa aittir. İçlerindeki diğer kimyasal safsızlıkların içeriğine bağlı olarak iletken ve dielektrik görevi görebilirler.

Mikro devreler oluşturulurÖnceden cilalanmış ve mekanik veya kimyasal olarak ayna cilasına getirilmiş ince bir yarı iletken gofret üzerinde sırayla farklı katmanlar oluşturarak. Yüzeyi mutlaka atomik seviyede tamamen pürüzsüz olmalıdır.

Çip üretiminin video aşamaları:

Katmanları oluştururken, plakanın yüzeyine uygulanan desenlerin çok küçük olması nedeniyle, daha sonra deseni oluşturan malzeme hemen tüm yüzey üzerinde biriktirilir ve daha sonra fotolitografi işlemi kullanılarak gereksiz olanlar çıkarılır.

Fotolitografi ana aşamalardan biridir mikroçip üretimi ve fotoğraf üretimini biraz andırıyor. Daha önce uygulanan malzemenin yüzeyine, ışığa duyarlı özel bir malzeme (fotorezist) de eşit bir tabaka halinde sürülür, ardından kurutulur. Ayrıca, özel bir fotomaske aracılığıyla, katmanın yüzeyine gerekli desen yansıtılır. Ultraviyole ışığın etkisi altında, fotodirencin bireysel bölümleri özelliklerini değiştirir - güçlenir, böylece ışınlanmamış bölümler daha sonra çıkarılır. Bu çizim yöntemi, doğruluğunda o kadar etkilidir ki, uzun süre kullanılacaktır.

Bunu, mikro devrelerdeki transistörler arasında, transistörleri ayrı hücrelerde ve hücreleri ayrı bloklarda birleştiren elektriksel bağlantı süreci takip eder. Ara bağlantılar, bitmiş mikro devrelerin birkaç metal katmanında oluşturulur. Bakır esas olarak katman üretiminde malzeme olarak kullanılır ve altın özellikle verimli devreler için kullanılır. Elektrik bağlantılarının katmanlarının sayısı, oluşturulan mikro devrenin gücüne ve performansına bağlıdır - ne kadar güçlü olursa, bu katmanları o kadar fazla içerir.

Böylece, birkaç mikron kalınlığında bir elektronik mikro devrenin karmaşık bir üç boyutlu yapısı elde edilir. Daha sonra elektronik devre, onlarca mikron kalınlığında bir dielektrik malzeme tabakası ile kaplanır. İçinde sadece kontak pedleri açılır, bu sayede dışarıdan gelen güç ve elektrik sinyalleri daha sonra mikro devreye beslenir. Alt kısma yüzlerce mikron kalınlığında bir silikon levha yapıştırılmıştır.

Üretim sürecinin sonunda gofret üzerindeki kristaller tek tek test edilir. Daha sonra, her çip kendi kasasında paketlenir ve bu sayede diğer cihazlara bağlanmak mümkün hale gelir. Kuşkusuz, ambalajın türü çipin amacına ve nasıl kullanıldığına bağlıdır. Paketlenmiş cipsler, stres testinin ana aşamasını geçer: sıcaklığa, neme, elektriğe maruz kalma. Ve zaten test sonuçlarına göre, spesifikasyonlara göre reddedilir, sıralanır ve sınıflandırılırlar.

Mikro devreler gibi mikro düzeydeki parçaların üretim sürecinde önemli olan, üretim için tesislerin ideal temizliğidir. Bu nedenle, mükemmel temizliği sağlamak için, her şeyden önce tamamen sızdırmaz hale getirilmiş, hava temizleme için mikro filtrelerle donatılmış özel donanımlı odalar kullanılır, bu odalarda çalışan personel, herhangi bir mikro partikülün girmesini önleyen tulumlara sahiptir. Ayrıca, bu tür odalar belirli bir nem, hava sıcaklığı sağlar, titreşim korumalı temeller üzerine kuruludur.

Video - mikro devrelerin üretildiği fabrika turu:

Geri

İleri -

Bir iş fikriniz mi var? Web sitemizde Karlılığını Çevrimiçi olarak hesaplayabilirsiniz!

Bu yazıda mikro devreler, ne türler var, nasıl düzenlendikleri ve nerede kullanıldıklarından bahsedeceğiz. Genel olarak, modern elektronik teknolojisinde mikro devre kullanmayan bir cihaz bulmak zordur. En ucuz Çin oyuncakları bile, kontrol işleviyle görevlendirilen çeşitli düzlemsel, bileşik dolgulu yongalar kullanır. Ve her yıl içeride daha karmaşık hale geliyorlar, ancak dışarıda kullanımı daha kolay ve boyutları daha küçük. Mikro devrelerin sürekli bir evrimi olduğunu söyleyebiliriz.

Bir mikro devre, belirli bir görevi yerine getirebilen elektronik bir cihaz veya bunun bir parçasıdır. Birçok mikro devrenin ayrı elemanlarda, transistörlerde çözdüğü böyle bir sorunu çözmek gerekirse, o zaman cihaz, 1 santimetreye 5 santimetre ölçülerinde küçük bir dikdörtgen yerine, tüm kabini kaplar ve çok daha az güvenilir olurdu. . Ama bilgisayarlar yarım yüz yıl önce böyle görünüyordu!

Elektronik kontrol kabini - fotoğraf

Tabii ki, mikro devrenin çalışması için, sadece ona güç sağlamak yeterli değil, ayrıca sözde " vücut kiti”, yani, mikro devrenin işlevini yerine getirebileceği tahtadaki yardımcı parçalar.

Çip gövde kiti - çizim

Yukarıdaki şekilde, mikro devrenin kendisi kırmızı ile vurgulanmıştır, diğer tüm detaylar onun " vücut kiti". Çok sık olarak, mikro devreler çalışmaları sırasında ısınır, bunlar stabilizatörlerin, mikroişlemcilerin ve diğer cihazların mikro devreleri olabilir. Bu durumda, mikro devrenin yanmaması için radyatöre bağlanması gerekir. Çalışma sırasında ısıtılması gereken mikro devreler, hemen özel bir ısı giderici plaka ile tasarlanmıştır - genellikle mikro devrenin arka tarafında bulunan ve radyatöre sıkıca oturması gereken bir yüzey.

Ancak bağlantıda, dikkatlice parlatılmış bir soğutucu ve plaka bile, mikro devreden gelen ısının soğutucuya daha az verimli bir şekilde aktarılmasının bir sonucu olarak hala mikroskobik boşluklara sahip olacaktır. Bu boşlukları doldurmak için ısı ileten macun kullanılır. Radyatörü üstüne sabitlemeden önce bilgisayar işlemcisine taktığımız. En yaygın olarak kullanılan macunlardan biri, KPT-8.

Mikro devrelerdeki amplifikatörler, 1-2 akşam tam anlamıyla lehimlenebilir ve karmaşık ayarlara ve tunerin yüksek niteliklerine gerek kalmadan hemen çalışmaya başlarlar. Ayrı olarak, otomobil amplifikatörlerinin mikro devreleri hakkında söylemek istiyorum, gövde kitinden bazen kelimenin tam anlamıyla 4-5 parça var. Böyle bir amplifikatörü belirli bir doğrulukla monte etmek için, bir baskılı devre kartına bile ihtiyacınız yoktur (istenmesine rağmen) ve her şeyi doğrudan mikro devre pimlerine yüzeye monte ederek monte edebilirsiniz.

Doğru, montajdan sonra, böyle bir amplifikatörü hemen bir kasaya yerleştirmek daha iyidir, çünkü böyle bir tasarım güvenilmezdir ve kabloların yanlışlıkla kısa devre olması durumunda, mikro devreyi kolayca yakabilirsiniz. Bu nedenle, tüm yeni başlayanlara tavsiye ederim, biraz daha zaman harcamasına izin verin, ancak bir baskılı devre kartı yapın.

Mikro devrelerde düzenlenmiş güç kaynakları - stabilizatörlerin üretimi, transistörlerdeki benzerlerinden daha kolaydır. En basit LM317 yongasının kaç parça değiştirdiğini görün:

Elektronik cihazlardaki baskılı devre kartları üzerindeki çipler, doğrudan baskı raylarına lehimlenebilir veya özel soketlere yerleştirilebilir.

Daldırma mikro devresi için soket - fotoğraf

Aradaki fark, ilk durumda, mikro devreyi değiştirmemiz için önce onu sökmemiz gerekeceği gerçeğinde yatmaktadır. Ve ikinci durumda, çipi sokete koyduğumuzda, sadece çipi soketten çıkarmamız gerekiyor ve kolayca bir başkasıyla değiştirilebilir. Bir bilgisayardaki mikroişlemciyi değiştirmenin tipik bir örneği.

Ayrıca, örneğin, bir mikrodenetleyici üzerine bir cihaz monte ediyorsanız, baskılı devre kartı, ve devre içi programlama sağlamadıysanız, mikro devrenin kendisini panoya değil, içine yerleştirildiği soketi lehimlediyseniz, mikro devre çıkarılabilir ve özel bir programlayıcı panosuna bağlanabilir.

Bu tür panolarda, programlama için farklı mikrodenetleyici durumları için soketler zaten lehimlenmiştir.

Analog ve dijital IC'ler

Mikro devreler çeşitli tiplerde mevcuttur, hem analog hem de dijital olabilirler. İlki, adından da anlaşılacağı gibi, bir analog dalga biçimiyle çalışırken, ikincisi bir dijital dalga biçimiyle çalışır. Analog sinyal çeşitli biçimler alabilir.

Dijital bir sinyal, birler ve sıfırlar, yüksek ve düşük sinyaller dizisidir. Çıkışa 5 volt veya buna yakın bir voltaj uygulanarak yüksek seviye sağlanır, düşük seviye voltaj yokluğu veya 0 volttur.

mikroçipler de var ADC (analog - dijital dönüştürücü) ve DAC (dijitalden analoga dönüştürücü) sinyali analogdan dijitale veya tam tersi şekilde dönüştürür. Tipik bir ADC örneği, ölçülen elektrik miktarlarını dönüştürmek ve bunları multimetrenin ekranında görüntülemek için bir multimetrede kullanılır. Aşağıdaki şekilde, ADC, her taraftan gelen izleri olan siyah bir lekedir.

Mikrodenetleyiciler

Nispeten yakın zamanda, transistörlerin ve mikro devrelerin üretimi ile karşılaştırıldığında, mikrodenetleyicilerin üretimi başlatıldı. Mikrodenetleyici nedir?

Bu özel bir mikro devredir, her iki şekilde de üretilebilir. daldırma yani smd bellekte bir programın yazılabileceği yürütme, sözde altıgen dosya. Bu, özel bir kod düzenleyicide yazılmış derlenmiş bir ürün yazılımı dosyasıdır. Ancak ürün yazılımını yazmak yeterli değildir, onu mikrodenetleyicinin belleğine aktarmanız, flash'lamanız gerekir.

Programcı - fotoğraf

Bu amaçla hizmet vermektedir programcı. Birçok kişinin bildiği gibi, birçok farklı şekiller mikrodenetleyiciler - AVR, resim ve diğerleri, farklı türler için farklı programcılara ihtiyacımız var. Ayrıca, herkesin bilgi ve yetenek açısından kendine uygun olanı bulup yapabileceği vardır. Programlayıcıyı kendiniz yapma arzusu yoksa, çevrimiçi mağazadan hazır bir tane satın alabilir veya Çin'den sipariş verebilirsiniz.

Yukarıdaki şekil, bir SMD paketindeki bir mikro denetleyiciyi göstermektedir. Mikrodenetleyici kullanmanın faydaları nelerdir? Daha önce, ayrı elemanlara veya mikro devrelere dayalı bir cihaz tasarlarken ve monte ederken, cihazın çalışmasını birçok parça kullanarak bir baskılı devre kartı üzerinde belirli, genellikle karmaşık bir bağlantı yoluyla ayarladık. Şimdi, aynı şeyi programatik olarak, mikrodenetleyici kullanmadan bir devreden daha hızlı ve daha güvenilir bir şekilde yapacak bir mikrodenetleyici için bir program yazmamız bizim için yeterli. Mikrodenetleyici, giriş - çıkış bağlantı noktaları, bir ekran ve sensör bağlama ve diğer cihazları kontrol etme yeteneği olan bütün bir bilgisayardır.

Tabii ki, mikro devrelerin gelişimi burada bitmeyecek ve 10 yıl içinde gerçekten mikro devrelerin olacağı varsayılabilir " mikro"- milyarlarca transistör ve diğer elementleri, birkaç atom büyüklüğünde içerecek olan gözle görünmez - o zaman en karmaşık elektronik cihazların yaratılması, çok deneyimli olmayan radyo amatörleri için bile gerçekten mümkün olacak! kısa inceleme sona erdi, seninleydi AKV.

MİKRO DEVİRLER makalesini tartışın

Panyushkin V.V.

("HiZh", 2014, No. 4)

Bir dizüstü bilgisayara hayat veren küçük çiplerin üretimi, en karmaşık ve sofistike olanlardan biridir. Üç yüzden fazla operasyondan oluşur ve bir üretim döngüsü birkaç haftaya kadar sürebilir. Bu süreç basitleştirilmiş bir biçimde neye benziyor?

Bir silikon tabakası uyguluyoruz

Yapılması gereken ilk şey silikon substratın yüzeyinde 30 cm çapında ek bir katman oluşturmaktır. Silisyum atomları, epitaksi ile substrat üzerinde büyütülür: gaz fazından silikon yüzeyinde kademeli olarak biriktirilirler. İşlem bir vakumda gerçekleşir, burada gereksiz bir şey yoktur, bu nedenle, sonuç olarak, en saf silikonun en ince tabakası, silikon substrat ile aynı kristal yapıya sahip yüzeyde oluşur, sadece daha temizdir. Başka bir deyişle, biraz daha iyileştirilmiş bir alt tabaka elde ederiz.

Koruyucu bir tabaka uygulamak

Şimdi, substratın yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluşturmak, yani en ince silikon oksit Si02 filmini oluşturmak için basitçe oksitlemek gerekiyor.

İşlevi çok önemlidir: oksit film, elektrik akımının plakadan akmasını daha da önleyecektir. Bu arada, içinde son zamanlar Intel, geleneksel silikon dioksit yerine, silikon oksit ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir dielektrik sabiti k'ye sahip olan hafniyum oksitler ve silikatlara dayalı yüksek k dielektrik kullanmaya başladı. Yüksek k dielektrik katman, daraltılarak geleneksel Si02 katmanından yaklaşık iki kat daha kalın yapılır. komşu bölgeler, ancak bu sayede karşılaştırılabilir bir kapasite ile kaçak akım yüz kat azaltılabilir. Bu, işlemcilerin minyatürleştirilmesinin devam etmesini sağlar.

Bir fotorezist katmanı uygulamak

Koruyucu silikon oksit tabakasına bir fotorezist uygulanmalıdır - polimer malzemeözellikleri radyasyonun etkisi altında değişen . Çoğu zaman, bu rol, ultraviyole radyasyon tarafından yok edilen polimetakrilatlar, arilsülfoeterler ve fenil-formaldehit reçineleri tarafından oynanır (bu işleme fotolitografi denir). Söz konusu maddenin bir aerosolü ile püskürtülerek dönen bir alt-tabakaya uygulanırlar. Prensip olarak, onlar için uygun hassas maddeler seçilerek bir elektron ışını (elektron ışını litografisi) veya yumuşak X-ışınları (X-ışınları litografisi) kullanmak da mümkündür. Ancak geleneksel fotolitografi sürecini ele alacağız.

Ultraviyole ile ışınlıyoruz

Artık alt tabaka ultraviyole ile temasa hazırdır, ancak doğrudan değil, bir aracı aracılığıyla - şablon rolünü oynayan bir fotoğraf maskesi. Aslında, bir fotoğraf maskesi, yalnızca birkaç kez büyütülmüş gelecekteki bir mikro devrenin bir çizimidir. Alt tabakanın yüzeyine yansıtmak için görüntüyü küçültmek için özel lensler kullanılır. Bu, inanılmaz netlik ve projeksiyon doğruluğu sağlar.

Maske ve lenslerden geçen ultraviyole, gelecekteki devrenin görüntüsünü alt tabakaya yansıtır. Fotomaske üzerinde, entegre devrenin gelecekteki çalışma alanları ultraviyole şeffaftır ve pasif alanlar bunun tersidir. Alt tabaka üzerinde aktif yapısal elemanların bulunması gereken yerlerde, ışınlama fotorezisti yok eder. Ve pasif alanlarda yıkım meydana gelmez, çünkü ultraviyole oraya ulaşmaz: şablon bir şablondur. Kimyasal reaksiyon Ultraviyole ışığın etkisi altında katmanda meydana gelen , filmdeki fotoğrafçılık sırasında oluşan reaksiyona çok benzer. Bozulan fotorezist kolayca çözülür, bu nedenle bozunma ürünlerini alt tabakadan çıkarmak zor değildir. Bu arada, bir işlemci oluşturmak için 30'a kadar farklı fotoğraf maskesine ihtiyaç vardır, bu nedenle katmanlar birbirine uygulandıkça adım tekrarlanır.

zulmediyoruz

Böylece, boyutu birkaç nanometreye kadar olan tüm elemanlarla gelecekteki devrenin çizimi, alt tabaka yüzeyine aktarılır. Koruyucu tabakanın çöktüğü alanlar artık kazınarak uzaklaştırılmalıdır. Bu durumda, önceki aşamada çökmeyen bir polimer fotorezist tabakası ile korundukları için pasif alanlar etkilenmeyecektir. Işınlanmış alanlar ya kimyasal reaktifler ya da fiziksel yöntemlerle aşındırılır.

İlk durumda, silikon dioksit tabakasını yok etmek için hidroflorik asit ve amonyum florür bazlı bileşikler kullanılır. Sıvı aşındırma iyi bir şeydir, ancak bir sorun vardır: sıvı, bitişik pasif alanlarda direnç katmanının altından akma eğilimindedir. Sonuç olarak, kazınmış desenin ayrıntıları, maske tarafından sağlanandan daha büyüktür. Bu nedenle, kuru bir fiziksel yöntem tercih edilir - plazma ile reaktif iyon aşındırma. Kuru dağlanacak her malzeme için uygun bir reaktif gaz seçin. Böylece silikon ve bileşikleri, klor ve flor içeren plazma (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6) ile dağlanır. Gerçek, kuru aşındırma ayrıca bir dezavantaja sahiptir - ıslak aşındırma ile karşılaştırıldığında daha düşük seçicilik. Neyse ki, bu durum için evrensel bir yöntem var - iyon ışını aşındırma. Herhangi bir malzeme veya malzeme kombinasyonu için uygundur ve 10 nm kadar küçük özellikler üreterek herhangi bir dağlama yönteminin en yüksek çözünürlüğüne sahiptir.

biz uyuşturucu

Şimdi iyon implantasyonu zamanı. Silikon substratın maruz kaldığı aşındırılmış alanlarda hemen hemen her kimyasal elementin gerekli miktarda belirli bir derinliğe girmesine izin verir. Bu işlemin amacı, istenen özellikleri, örneğin p-n bağlantısının gerekli düzgünlüğünü elde etmek için yarı iletken kütlesindeki iletkenlik tipini ve taşıyıcıların konsantrasyonunu değiştirmektir. En yaygın silikon katkı maddeleri fosfor, arsenik (n-tipi elektronik iletkenlik sağlar) ve bordur (p-tipi delik iletkenliği). Plazma şeklindeki implante edilebilir elementlerin iyonları hızlandırılır. yüksek hızlar elektromanyetik alan ve alt tabakayı onlarla bombardıman edin. Enerjik iyonlar, korunmasız alanlara nüfuz ederek numuneye birkaç nanometre ila birkaç mikrometre derinliğe dalar.

İyonların eklenmesinden sonra, fotodirençli tabaka kaldırılır ve ortaya çıkan yapı, sıcaklıkta tavlanır. Yüksek sıcaklık böylece yarıiletkenin kırık yapısı restore edilir ve ligand iyonları kristal kafesin düğümlerini işgal eder. Genel olarak, transistörlerin ilk katmanı hazırdır.

Pencere yapmak

Ortaya çıkan transistörün üstüne, aynı fotolitografi yöntemi kullanılarak üç “pencerenin” kazındığı bir yalıtım katmanı uygulamak gerekir. Bunlar aracılığıyla gelecekte diğer transistörlerle temaslar oluşturulacaktır.

metal uyguluyoruz

Şimdi plakanın tüm yüzeyi, vakumlu biriktirme kullanılarak bir bakır tabakası ile kaplanmıştır. Bakır iyonları, pozitif elektrottan (anot) substratın oynadığı negatif elektrota (katot) geçer ve üzerine yerleşerek aşındırma ile oluşturulan pencereleri doldurur. Yüzey daha sonra fazla bakırı çıkarmak için parlatılır. Metal, tek tek transistörler arasında ara bağlantılar (bağlantı telleri olarak düşünün) oluşturmak için birkaç adımda biriktirilir.

Bu tür ara bağlantıların düzeni, mikroişlemcinin mimarisi tarafından belirlenir. Böylece, modern işlemcilerde, karmaşık bir üç boyutlu şema oluşturan yaklaşık 20 katman arasında bağlantılar kurulur. Katman sayısı, işlemcinin türüne bağlı olarak değişebilir.

Test yapmak

Sonunda kaydımız test için hazır. Buradaki ana kontrolör, otomatik gofret ayıklama makinelerinde bulunan prob kafalarıdır. Plakalara dokunarak elektriksel parametreleri ölçerler. Bir şey yanlışsa, kusurlu kristaller işaretlenir ve bunlar daha sonra atılır. Bu arada, mikroelektronikte, yarı iletken bir gofret üzerine yerleştirilmiş, keyfi karmaşıklığa sahip tek bir entegre mikro devre kristal olarak adlandırılır.

Biz kesiyoruz

Daha sonra, plakalar tek kristallere bölünür. 30 cm çapında bir alt tabaka üzerine yaklaşık 2x2 cm boyutlarında yaklaşık 150 mikro devre yerleştirilir Plakayı ayırmak için ya elmas kesici ya da lazer ışını ile kesilir ve daha sonra hazır kesimlere bölünür ya da hemen bir elmas disk ile kesilir.

İşlemci Hazır!

Bundan sonra, işlemci ile sistemin geri kalanı arasında iletişimi sağlayan bir temas pedi, bir kristal ve kristalden soğutucuya ısıyı uzaklaştıran bir kapak bağlanır.

İşlemci hazır! (Muhtemelen çok yanlış) tahminlerime göre, örneğin dört çekirdekli bir Intel Core i7 gibi modern bir işlemcinin üretimi, ultra modern bir fabrikanın yaklaşık bir aylık çalışmasını ve 150 kWh elektrik gerektiriyor. Aynı zamanda, kristal başına tüketilen silisyum ve kimyasalların kütlesi en fazla gram cinsinden, bakır - bir gramın kesirleri cinsinden, temaslar için altın - miligram cinsinden ve fosfor, arsenik, bor gibi ligandlar için daha da az hesaplanır.

Sözlük

Alt tabakalar, çipler, işlemciler ve kristaller konusunda kafalarının karışması riskini taşıyanlar için burada küçük bir terimler sözlüğü var.

substrat - üzerinde yarı iletken mikro devrelerin epitaksi ile büyütüldüğü, 10 ila 45 cm çapında yuvarlak tek kristal silikon gofret.

Kristal, çip, entegre devre - üzerinde büyütülmüş, bakır kontaklarla bağlanmış çok katmanlı bir transistör sistemine sahip alt tabakanın bağlantısız bir kısmı. Daha sonra mikroişlemcinin ana parçası olarak kullanılır.

Ligand (dopant) - yarı iletken malzemeler söz konusu olduğunda, atomları bir silikon kristalinin kafesine gömülü olan ve iletkenliğini değiştiren bir madde.

İşlemci, mikroişlemci - modern bilgisayarların merkezi bilgi işlem öğesi. Bir temas pedi üzerine yerleştirilmiş ve ısı giderici bir örtü ile kaplanmış bir kristalden oluşur.

fotoğraf maskesi - fotorezist ışınlandığında ışığın içinden geçtiği bir desene sahip yarı saydam bir plaka.

fotorezist Çözünürlük gibi özellikleri belirli bir radyasyon türüne maruz kaldıktan sonra değişen polimerik ışığa duyarlı malzeme.

epitaksi - bir kristalin diğerinin yüzeyinde düzenli yönelimli büyümesi. Bu durumda, "kristal" kelimesi ana anlamında kullanılır. Epitaksiyel büyümeye dayalı sıralı kristaller elde etmek için birçok yöntem vardır.

Yonga

Yüzeye montaj için tasarlanmış modern entegre devreler.

Sovyet ve yabancı dijital mikro devreler.

integral(ingilizce Tümleşik devre, IC, mikro devre, mikroçip, silikon çip veya çip), ( mikro)şema (IC, IC, m/s), yonga, mikroçip(İngilizce) yonga- bir çip, bir çip, bir çip) - bir mikro elektronik cihaz - bir yarı iletken kristal (veya film) üzerine yapılmış ve ayrılamaz bir kasaya yerleştirilmiş, keyfi karmaşıklığa sahip bir elektronik devre. genellikle altında entegre devre(IS) ile gerçek kristali veya filmi anlayın elektronik devre, ve altında mikroçip(MS) - Bir kasaya dahil edilen IP. Aynı zamanda, "talaş bileşenleri" ifadesi, karttaki deliklerden geleneksel lehimleme bileşenlerinin aksine "yüzeye montaj bileşenleri" anlamına gelir. Bu nedenle, yüzeye montaj için bir mikro devre anlamına gelen "chip microcircuit" demek daha doğrudur. Şu anda (yıl), mikro devrelerin çoğu yüzeye monte paketlerde üretilmektedir.

Hikaye

Mikro devrelerin icadı, düşük elektrik voltajlarında zayıf elektriksel iletkenliğin etkisiyle kendini gösteren ince oksit filmlerin özelliklerinin incelenmesiyle başladı. Sorun, iki metal arasındaki temas noktasında elektrik teması olmaması ya da kutupsal özelliklere sahip olmasıydı. Bu fenomenin derin çalışmaları, diyotların ve daha sonra transistörlerin ve entegre devrelerin keşfedilmesine yol açtı.

Tasarım seviyeleri

• Fiziksel - bir kristal üzerinde katkılı bölgeler şeklinde bir transistör (veya küçük bir grup) uygulama yöntemleri.
• Elektrik - temel devre şeması(transistörler, kapasitörler, dirençler vb.).
• Mantık - mantıksal bir devre (mantıksal invertörler, OR-NOT, AND-NOT, vb. öğeleri).
• Devre ve sistem seviyesi - devre ve sistem mühendisliği devreleri (flip-floplar, karşılaştırıcılar, kodlayıcılar, kod çözücüler, ALU'lar vb.).
• Topolojik - üretim için topolojik fotomaskeler.
• Program seviyesi (mikrodenetleyiciler ve mikroişlemciler için) - programcı için montajcı talimatları.

Şu anda, entegre devrelerin çoğu, topolojik fotomaske elde etme sürecini otomatikleştirmenize ve önemli ölçüde hızlandırmanıza olanak tanıyan CAD kullanılarak geliştirilmektedir.

sınıflandırma

entegrasyon derecesi

Amaç

Tümleşik bir devre, eksiksiz, isteğe bağlı olarak karmaşık bir işlevselliğe sahip olabilir - tüm bir mikro bilgisayara (tek çipli mikro bilgisayar) kadar.

Analog Devreler

• Sinyal üreteçleri
• Analog çarpanlar
• Analog zayıflatıcılar ve ayarlanabilir amplifikatörler
• Güç Kaynağı Stabilizatörleri
• Anahtarlamalı güç kaynaklarının kontrol mikro devreleri
• Sinyal dönüştürücüler
• Zamanlama şemaları
• Çeşitli sensörler (sıcaklık vb.)

Dijital Devreler

• mantık öğeleri
• Tampon dönüştürücüler
• Bellek modülleri
• (Mikro)işlemciler (bilgisayardaki CPU dahil)
• Tek çipli mikro bilgisayarlar
• FPGA - Programlanabilir Lojik Entegre Devreler

Dijital entegre devrelerin analog devrelere göre bir takım avantajları vardır:

• Azaltılmış güç tüketimi dijital elektronikte darbeli elektrik sinyallerinin kullanımı ile ilgili. Bu tür sinyalleri alırken ve dönüştürürken, elektronik cihazların (transistörler) aktif elemanları "anahtar" modunda çalışır, yani transistör ya "açık" - bu yüksek seviyeli bir sinyale (1) karşılık gelir veya "kapalı"dır. - (0), ilk durumda transistörde voltaj düşüşü olmaz, ikincisinde - üzerinden akım geçmez. Her iki durumda da güç tüketimi, transistörlerin çoğu zaman ara (dirençli) durumda olduğu analog cihazların aksine 0'a yakındır.
• Yüksek gürültü bağışıklığı dijital cihazlar, yüksek (örneğin, 2,5 - 5 V) ve düşük (0 - 0,5 V) seviye sinyalleri arasında büyük bir farkla ilişkilidir. Yüksek bir seviye düşük olarak algılandığında ve bunun tersi olası olmadığında, bu tür parazitlerde bir hata mümkündür. Ayrıca dijital cihazlarda hataları düzeltmenizi sağlayan özel kodlar kullanmak mümkündür.
• Yüksek ve düşük seviyeli sinyaller arasındaki büyük fark ve oldukça geniş bir izin verilen değişiklik aralığı, dijital teknolojiyi duyarsız entegre teknolojide eleman parametrelerinin kaçınılmaz dağılımına karşı, dijital cihazları seçme ve yapılandırma ihtiyacını ortadan kaldırır.

Entegre devrelerin ortaya çıkışı, elektronik ve BT endüstrisinde gerçek bir teknolojik devrim yarattı. Sadece birkaç on yıl önce, en basit elektronik hesaplamalar için, birkaç odayı ve hatta tüm binaları işgal eden devasa lambalı bilgisayarlar kullanıldı.

Bu bilgisayarlar, çalışmaları için devasa elektrik gücü ve özel soğutma sistemleri gerektiren binlerce vakum tüpü içeriyordu. Günümüzde bunların yerini entegre devrelere dayalı bilgisayarlar almıştır.

Özünde, bir entegre devre, bir alt tabaka üzerine yerleştirilmiş ve minyatür bir paket içinde paketlenmiş birçok mikroskobik yarı iletken bileşenin bir birleşimidir.

İnsan tırnağı büyüklüğündeki modern bir çip, içinde birkaç milyon diyot, transistör, direnç, bağlantı kablosu ve eski günlerde bunları barındırmak için oldukça büyük bir hangar alanı gerektiren diğer bileşenleri içerebilir.

Örnekler için çok uzağa bakmanıza gerek yok, örneğin i7 işlemcisi 3 santimetre kareden daha küçük bir alanda üç milyardan fazla transistör içeriyor! Ve bu sınır değil.

Şimdi, mikro devreler oluşturma sürecinin temelini ele alacağız. Mikro devre, litografi ile düzlemsel (yüzey) teknolojisi ile oluşturulur. Bu, bir silikon substrat üzerindeki bir yarı iletkenden büyütüldüğü anlamına gelir.

Her şeyden önce, elmas kaplı bir disk kullanılarak silindirik bir iş parçasından kesilerek tek bir silikon kristalinden elde edilen ince bir silikon gofret hazırlanır. Plaka cilalı Özel durumlarüzerine kir ve toz bulaşmasını önlemek için.

Bundan sonra, plaka oksitlenir - yüzeyinde gerekli sayıda mikron kalınlığında güçlü bir dielektrik silikon dioksit film tabakası elde etmek için yaklaşık 1000 ° C sıcaklıkta oksijene maruz bırakılır. Bu şekilde elde edilen oksit tabakasının kalınlığı, oksidasyon sırasında substratın sıcaklığına olduğu kadar oksijene maruz kalma süresine de bağlıdır.

Daha sonra, bir silikon dioksit tabakasına bir fotorezist uygulanır - ışınlamadan sonra belirli bir oranda çözülen ışığa duyarlı bir bileşim kimyasal madde. Fotorezist üzerine bir şablon yerleştirilir - şeffaf ve opak alanlara sahip bir fotomaske. Daha sonra üzerinde fotorezist bulunan plaka maruz bırakılır - bir ultraviyole radyasyon kaynağı ile aydınlatılır.

Pozlamanın bir sonucu olarak, fotorezistin fotomaskenin şeffaf alanlarının altındaki kısmı, fotorezistin rengini değiştirir. Kimyasal özellikler ve artık alttaki silikon dioksit ile birlikte özel kimyasallar, plazma veya başka bir şekilde kolayca çıkarılabilir - buna aşındırma denir. Dağlama işleminin sonunda, gofretin fotorezist tarafından korunmayan (maruz kalan) alanları, maruz kalan fotorezistten ve ardından silikon dioksitten temizlenir.

Substratın silikon dioksitin kaldığı yerlerin maruz kalmayan fotorezistinden aşındırma ve temizleme işleminden sonra epitaksi başlatılır - silikon gofrete bir atom kalınlığında istenen maddenin katmanları uygulanır. Bu tür katmanlar gerektiği kadar uygulanabilir. Daha sonra, plaka ısıtılır ve p ve n bölgeleri elde etmek için belirli maddelerin iyonları yayılır. Alıcı olarak bor, verici olarak arsenik ve fosfor kullanılır.

İşlem sonunda alüminyum, nikel veya altın ile metalizasyon yapılarak önceki aşamalarda altlık üzerine büyütülen transistörler, diyotlar, dirençler vb. için bağlantı iletkeni görevi görecek ince iletken filmler elde edilir. yazı tahtası.