Cum de a crea procesoare

Poate că n-ai gândit la asta. lucrări de calculator, da, bine. Dar procesorul - partea principală a computerului. Acesta manipulate toate informațiile pe care le intampla toate procesele. Și este atât de mic, puteți efectua aceste sarcini?

După cum știm, procesorul este mai mare de 750 mln. Tranzistori!

Deci, de ce este atât de mic.

De la nisip la procesor.

Procesorul este cel mai complex produs de pe pământ, care îi face pe oameni. Și el face din nisip obișnuit.

Se pare ca din nisip poate produce o astfel de frumusețe?

Pentru început, avem nevoie pentru a obține siliciu, este principala materie primă pentru crearea de procesoare și poate ieși din nisip.

În acest scop, nisipul este topit și amestecat cu carbon, și se încheie cu un silicon (este exact ceea ce avem nevoie) și monoxid de carbon.

Mai târziu în acest siliciu topi picături primer ( „creștere dot“), este tras treptat din creuzet. Rezultatul este un așa-numit „taur“ - monocristal cu înălțimea de adult. Greutatea corespunzătoare - în producerea unui astfel de modul cântărește aproximativ 100 kg.

Mai târziu, se taie în plăci cu grosimea de circa 1 mm și fiecare placă este lustruit la o strălucire, făcând suprafață perfect plană.

Pentru aceste plăci din, ceva asemanator cu un procesor, aveți nevoie pentru a „pune în aplicare“ în structura acestor plăci de impurități prin care tranzistori încep să apară.

Acest lucru se face prin intermediul fotolitografie. Acesta este procesul de corodare selectivă a stratului protector de suprafață cu ajutorul unui foto-mască. Tehnologia se bazează pe principiul „-model de lumină-fotorezist“ și este după cum urmează:

1) Pe un substrat de siliciu, un strat de material pentru a forma un model. Fotorezist i se aplică - un strat dintr-un material polimeric fotosensibil care schimbă proprietățile fizico-chimice ale frecvenței special atunci când sunt iluminate cu lumină.

2) Efectuează expunerea (photolayer iluminate pentru o perioadă de timp bine stabilită) printr-o anumită foto-mască.

3) Eliminarea deșeurilor fotorezist.

Modelul dorit este desenată pe foto-mască - de obicei o placă de sticlă optice pe care zonele opace imprimate fotografic. Fiecare șablon conține unul dintre straturile de viitorul procesor, așa că ar trebui să fie foarte precise.

Placa este iradiat cu ioni (atomi incarcati pozitiv sau negativ), care pătrund în locuri predeterminate sub suprafața plăcii și schimbarea proprietăților de siliciu conductive (porții verzi - este implantat atomi străini).

Cum de a izola zona care nu necesită post-procesare? Înainte de litografie pe suprafața plachetei de siliciu (la o temperatură ridicată într-o cameră specială) este aplicată dielectric film de protecție, care izoleaza placa.

In acele zone care vor fi procesate de impurități, folia de protecție nu este necesar - se îndepărtează ușor, folosind corodare (strat zone de îndepărtare, pentru a forma o structură multistrat cu proprietăți definite). Cum să eliminați nu este peste tot, dar numai în zonele potrivite? Pentru aceasta pe partea de sus a filmului trebuie să fie aplicat un alt strat de fotorezist - datorită forței centrifuge a plăcii rotative, se aplică foarte slab.

Principiul de funcționare al camerelor de luat vederi vechi de film sunt foarte asemănătoare cu principiul de funcționare al fotolitografie. Lumina a trecut prin filmul negativ, hârtie fotografică care se încadrează la suprafață și a schimbat proprietățile sale chimice. În fotolitografie, în același mod: lumina este transmisă prin fotorezist pe foto-mască, și în acele locuri unde a trecut prin masca, zonele selectate ale proprietăților fotorezistiv schimba. Dupa ce masca este trecut lumina care este axat pe substrat. Pentru focalizare precisă necesită un sistem special de lentile sau oglinzi care nu pot fi pur și simplu redus, chipul cioplit pe masca, la dimensiunea cip, dar, de asemenea, proiectat cu exactitate, pe piesa de prelucrat. placă de imprimat, de obicei, de patru ori mai mică decât masca reală.

Toate fotorezist de evacuare (schimba solubilitatea lor sub acțiunea radiației) este îndepărtată cu o soluție chimică - împreună cu ea dizolvată și porțiunea iluminată a substratului sub fotorezist. O parte a substratului, care a fost închis de către masca de lumină se dizolvă. Acesta formează un conductor sau un element activ viitor - rezultatul acestei abordări sunt diferite model de defect pe fiecare strat de microprocesor.

Toate etapele anterioare au fost necesare pentru a crea structuri de câmp semiconductoare necesare.

În cazul în care un izolator a fost eliminat, ionii pătrunde în stratul de siliciu neprotejat - altfel, ele sunt „blocat“ în dielectric. După alte reziduuri de corodare sunt îndepărtate un dielectric, iar pe placa sunt zonele în care există local bor. Procesoarele moderne pot fi de mai multe astfel de straturi - în acest caz, în desen dobândit din nou cultivat un strat dielectric, și în continuare merge pe toată pista bătut - un alt proces fotolitografică strat de fotorezist (deja o nouă mască), gravare, implantare, etc.

Mărimea caracteristică a tranzistorului acum - 32 nm și lungimea de undă, care este procesat siliciu - nu este chiar lumina normala si speciala cu raze ultraviolete cu laser excimer - 193 nm. Cu toate acestea, legile nu permit optica pentru a rezolva două obiecte aflate la o distanță mai mică decât jumătate din lungimea de undă. Acest lucru se întâmplă datorită difracției luminii. Ce să fac? Se aplică diferite trucuri - de exemplu, altele decât cele menționate lasere excimer strălucitoare până în prezent în spectrul ultraviolet, în fotolitografie modern, utilizat cu mai multe straturi optice reflectorizante cu măști speciale și proces special de scufundare (imersie) litografie.

elemente logice care sunt formate în procesul de fotolitografie, să fie conectate între ele. La această placă este plasată într-o soluție de sulfat de cupru, în care un curent de „chiuveta“ electric în „trece“ atomii metalici rămași - ca rezultat al procesului de electrochimie produce regiuni conductive, care creează legătura între părțile individuale ale procesorului „logica“. strat conductor în exces sunt îndepărtate prin polizare.

Rămâne un mod complicat de a conecta „resturi“ de tranzistori - principiul și secvența tuturor acestor compuși (anvelope) și se numește arhitectura procesorului. Pentru fiecare procesor, acești compuși sunt diferite - chiar circuite, și par a fi complet plat, în unele cazuri, pot fi utilizate până la 30 de niveluri ale acestor „fire“. Remotely (la o mărire foarte mare), totul arata ca un drum futurist intersecții - și pentru că cineva are modele „decuplare“!

În cazul în care prelucrarea plachetelor este finalizată, plăcile sunt transferate de la ansamblul de producție și un magazin de testare. cristale Acolo trece primul test, iar cele care trec testul (care este marea majoritate) sunt tăiate din substrat printr-un dispozitiv special.

In pasul urmator procesorul este ambalat într-un substrat (în imagine - procesor Intel Core i5, constând dintr-un CPU și chip HD grafică).

cristal substrat și capacul de distribuție a căldurii sunt unite - acesta este produsul înțelegem prin a spune cuvântul „procesor“. Substratul verde creează o interfață electrică și mecanică (pentru conectarea electrică cip de siliciu la carcasa folosind aur), datorită căruia va fi posibilă instalarea procesorului la mufa placa de baza - de fapt, este doar o platformă pe care contactele sunt separate printr-un cip mic. capacul de distribuție a căldurii este o interfață termică, răcirea procesorului în timpul funcționării - este acest capac se va rezema sistemul de răcire.

În etapa finală de producție procesoare gata să treacă testele finale pentru conformitatea cu caracteristicile de bază - dacă totul merge bine, procesoarele sunt sortate în ordinea corectă în tăvi speciale - în această formă va merge la producători sau prelucrători vor fi disponibile pentru producători.