XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

В настоящее время нас повсюду окружают различные компьютеры, но не все знают, из чего и из каких материалов они состоят и как делаются. Так из чего же создаются чипы?

Интегральная схема (ИС, ИМС, англ. IC); микросхема, м/с, чип (англ. chip: «тонкая пластинка»: первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (например, кристалл, слоистая структура, содержащая квантовые ямы и квантовые точки), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового в случае вхождения в состав микросборки. В настоящее время интегральные схемы сильно миниатюризированы [1].

Транзистор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, который способен небольшим входным сигналом управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем [2].

Рис 1. – Транзистор

Диоксид кремния (кремнезём, SiO₂; лат. silica) — оксид кремния (IV). Бесцветные кристаллы диоксида кремния практически нерастворимые в воде, обладают очень высокой твёрдостью и прочностью [3].

Кремний,а вернее диоксид кремния, в больших количествах содержится в обычном песке и других горных породах. Его химическая и кристаллическая структура SiO₂ дает возможность изготавливать любые микросхемы. Из рыхлой горной породы получают технический, а затем чистый электронный кремний. На следующем этапе электронный кремний расплавляют, помещают в него затравочный кристалл в форме карандаша, вокруг которого вырастет кристаллическое твердое тело — буля. Диаметр такого слитка составляет 300 мм, высота — около 2 м, а вес — до 100 кг [3].

Рис 2.- Диоксид кремния [2]

В процессе роста затравочный кристалл вращается и медленно поднимается, увлекая за собой монокристалл кремния. После достижения нужных размеров булю тестируют на соответствие параметрам чистоты, далее устанавливают на алмазную резку. Ее разрезают на тончайшие пластины толщиной 1 мм. Поверхность каждой пластины полируют до зеркального блеска. Теперь кремниевая заготовка готова для отправки на завод по изготовлению чипов.

Основные этапы производства процессоров:

Производственный процесс включает более двух с половиной тысяч операций. Выделим из них три основных этапа.

Печать транзисторов — микросхемы печатают посредством фотолитографии и нанолитографии на специальных машинах. Цель технологии — сформировать на кремниевой подложке изображение, чтобы получить заданную топологию микросхемы. На пластину в чистой комнате под строгим контролем наносят тончайший слой светочувствительного полимера — фоторезиста. Далее осуществляют облучение через оптическую систему (маску), проявление и обработку поверхности. Процесс напоминает печать черно-белых фотографий. Машина повторяет операцию несколько десятков раз. Между слоями находится диэлектрик, выполняющий роль изолятора. В результате образуются миллиарды транзисторов, которые пока еще не соединены между собой [2].

Соединение дискретных переключателей выполняют в определенном порядке, который зависит от архитектуры процессора. Всё держат в строжайшем секрете. На данном этапе наносят токопроводящий слой, ставят фильтр и закрепляют транзисторы.

Тестирование и нарезка пластины. Каждую микросхему проверяют на брак, затраты электроэнергии и нагревание. После этого пластины разрезают в соответствии с кристаллографическими осями кристалла на 100–150 отдельных чипов, которые оснащают крышкой для защиты кристалла от механических повреждений и отвода тепла. Самые удачные микропроцессоры устанавливают в дорогие серверные продукты. Если пластина имеет небольшие недочеты, его не бракуют, а отдают в массовую продажу для создания устройств, требования к которым ниже, чем к высокоскоростным серверам [4].

Литература

Интегральная схема [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: https://ru.wikipedia.org/wiki/Интегральная_схема

Транзистор [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Транзистор

Диоксид кремния [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Диоксид_кремния

Как изготавливается [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa:

https://club.dns-shop.ru/blog/t-100-protsessoryi/76121-ot-peska-do-protsessora-kak-proizvodyatsya-chipyi/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F