Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрические приборы и устройства » Как делают интегральные микросхемы
Количество просмотров: 21527
Комментарии к статье: 4


Как делают интегральные микросхемы


Появление интегральных микросхем произвело настоящую технологическую революцию в электронике и IT-индустрии. Казалось бы, всего несколько десятилетий назад для простейших электронных вычислений применялись огромные ламповые компьютеры, занимавшие по несколько комнат и даже целые здания.

Эти компьютеры содержали в себе многие тысячи электронных ламп, которые требовали для своей работы колоссальных электрических мощностей и особых систем охлаждения. Сегодня им на смену пришли компьютеры на интегральных микросхемах.

Один из первых компьютеров на электронных лампах

По сути интегральная микросхема представляет собой сборку из многих полупроводниковых компонентов микроскопической величины, размещенных на подложке и упакованных в миниатюрный корпус.

Популярная интегральная микросхема NE555

Один современный чип размером с человеческий ноготь может содержать внутри несколько миллионов диодов, транзисторов, резисторов, соединительных проводников и других компонентов, которые в былые времена потребовали бы для своего размещения пространство довольно крупного ангара.

За примерами далеко ходить не нужно, процессор i7, например, содержит на площади менее 3 квадратных сантиметров более трех миллиардов транзисторов! И это не предел.

Процессор i7

Далее теперь рассмотрим основу процесса создания микросхем. Микросхема формируется по планарной (поверхностной) технологии путем литографии. Это значит, что она как бы выращивается из полупроводника на кремниевой подложке.

Подготовка кремниевой пластины

Первым делом подготавливается тонкая кремниевая пластина, которую получают из монокристалла кремния путем отрезания от цилиндрической заготовки при помощи диска с алмазным напылением. Пластину полируют в особых условиях, чтобы избежать попадания на нее загрязнений и любой пыли.

После этого пластину оксидируют — воздействуют на нее кислородом при температуре порядка 1000°C с целью получить на ее поверхности слой прочной диэлектрической пленки диоксида кремния толщиной в необходимое количество микрон. Толщина получаемого таким образом слоя оксида зависит от времени воздействия кислородом, а также от температуры подложки во время оксидирования.

Процесс произволдства интегральных микросхем

Далее на слой диоксида кремния наносят фоторезист — светочувствительной состав, который после облучения растворяется в определенном химическом веществе. На фоторезист кладут трафарет — фотошаблон с прозрачными и непрозрачными участками. Затем пластину с нанесенным на нее фоторезистом экспонируют — засвечивают источником ультрафиолетового излучения.

В результате экспонирования та часть фоторезиста, которая находилась под прозрачными участками фотошаблона, изменяет свои химические свойства, и теперь может быть легко удалена вместе с находящимся под ним диоксидом кремния специальными химикатами, при помощи плазмы или другим способом — это называется травлением. По окончании травления незащищенные фоторезистом (засвеченные) места пластины оказываются очищены от засвеченного фоторезиста и затем - от диоксида кремния.

Эпитаксия и диффузия

После травления и очищения от незасвеченного фоторезиста тех мест подложки, на которых остался диоксид кремния, приступают к эпитаксии — наносят на кремниевую пластину слои нужного вещества толщиной в один атом. Таких слоев может быть нанесено столько, сколько необходимо. Далее пластину нагревают и осуществляют диффузию ионов определенных веществ, чтобы получить p и n-области. В качестве акцептора используют бор, а в качестве доноров — мышьяк и фосфор.

Металлизация

В завершении процесса производят металлизацию алюминием, никелем или золотом, чтобы получить тонкие проводящие пленки, которые будут выступать в роли соединительных проводников для выращенных на подложке на предыдущих этапах транзисторов, диодов, резисторов и т. д. Таким же образом выводят контактные площадки для монтажа микросхемы на печатную плату.

Смотрите также: Легендарные аналоговые микросхемы

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Солнечные батареи в виде самоклеящейся пленки
  • Виды современных интегральных микросхем - типы логики, корпуса
  • Транзисторы. Часть 3. Из чего делают транзисторы
  • Графеновые аккумуляторы - технология, которая изменит мир
  • 5 необычных солнечных батарей будущего
  • Датчики давления Honeywell
  • Транзисторы. Часть 2. Проводники, изоляторы и полупроводники
  • Оптические транзисторы - будущее электроники
  • Как делают светодиоды
  • Полимерные солнечные батареи
  • Категория: Электрические приборы и устройства

    Аналоговая электроника, Цифровая электроника, Микросхемы, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Алексей |

    Меня все мучает вопрос - какова длинна волны света которым засвечивает фоторезист? И каковы размеры молекул фоторезиста? И как делают фотошаблон? Видимый свет это от 440 до 770 нм (если не ошибаюсь), а современные микросхемы делают по технологии 7 нм. Проходила информация о том, что в лабораториях получили 3нм транзисторы. Кто-нибудь может меня просветить?

      Комментарии:

    #2 написал: Станислав |

    Конечно, засвечивают не видимым светом - ультрафиолетом, глубоким фиолетом (не помню точно как по русски) и сверхультрафиолетом - технологии DUV и EUV.

      Комментарии:

    #3 написал: Макар |

    Основным сырьем для производства полупроводников является кремний. Монокристаллические кремниевые пластины составляют основу производства всех полупроводниковых компонентов. Широкий спектр параметров монокристаллов и пластин предопределяет эти продукты в качестве исходных компонентов для дальнейшей обработки в различных полупроводниковых технологиях.

      Комментарии:

    #4 написал: Эдуард |

    Интегральные микросхемы (ИМС) производятся в специальных чистых помещениях, которые называются "чистыми комнатами". Они обеспечивают низкий уровень пыли и других микрочастиц, что необходимо для предотвращения повреждения микросхем.

    Процесс изготовления ИМС начинается с создания кристаллического подложки, на которой будет происходить формирование микросхемы. Для этого используют кремний, который обрабатывается таким образом, чтобы получить кристаллическую структуру.

    Затем на поверхность подложки наносится тонкий слой оксида кремния, который защищает подложку от дальнейшей обработки. Следующим шагом является процесс литографии, при котором на поверхность оксида кремния наносится фоточувствительный слой.

    Затем на слой оксида кремния наносится маска, которая определяет места, где будут формироваться элементы ИМС. Затем поверхность обрабатывается таким образом, чтобы маска оставила только нужные области оксида кремния.

    Далее происходит процесс ионной имплантации, который позволяет изменить электрические свойства материала в определенных областях. Это делается путем введения определенных элементов в кристаллическую решетку кремния.

    Затем на поверхность подложки наносится тонкий слой металла, который затем обрабатывается таким образом, чтобы сформировать электрические контакты между элементами ИМС. Далее микросхема обрабатывается с помощью различных методов, включая травление, нанесение защитного слоя и тестирование.

    В завершении микросхемы распиливаются на отдельные кристаллы, которые затем могут быть установлены в корпуса и готовы к использованию. Все этапы процесса производства ИМС выполняются с высокой степенью точности и контроля, что позволяет получать надежные и высококачественные микросхемы.

    Цитата: Алексей
    Меня все мучает вопрос - какова длинна волны света которым засвечивает фоторезист? И каковы размеры молекул фоторезиста? И как делают фотошаблон? Видимый свет это от 440 до 770 нм (если не ошибаюсь), а современные микросхемы делают по технологии 7 нм. Проходила информация о том, что в лабораториях получили 3нм транзисторы. Кто-нибудь может меня просветить?

    Длина волны света, которым засвечивают фоторезисты, зависит от типа используемого фоторезиста и его свойств. Обычно используются ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 300 до 400 нм для нанесения изображения на фоторезист. Размеры молекул фоторезиста также зависят от типа фоторезиста, но обычно они находятся в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких микрометров.

    Для создания фотошаблона используется процесс, называемый литографией. Сначала на поверхности подложки (обычно это кремний) наносится слой фоторезиста. Затем на этот слой наносится маска с изображением, которое необходимо передать на фоторезист. Маска может быть сделана из стекла, керамики или пластика. После экспозиции маски на фоторезист происходит процесс проявления, при котором области фоторезиста, подвергшиеся воздействию света, либо полимеризуются и остаются на подложке, либо растворяются и удаляются. Затем поверхность подложки проходит процессы травления и нанесения слоев металлов, оксидов и других материалов, которые образуют интегральные микросхемы.

     

    Современные технологии литографии позволяют достигать очень высокой точности нанесения изображения на фоторезист, что позволяет создавать микросхемы с очень малыми размерами. Например, технология литографии с использованием ультрафиолетового света с длиной волны 193 нм позволяет создавать микросхемы с размерами приблизительно 10 нм. Кроме того, в лабораториях научных институтов действительно получены транзисторы с размерами около 3 нм, однако такие технологии находятся на стадии эксперимента и не применяются в промышленности.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.