Кремний: от песка до процессора

Кремний: от песка до процессора

В стране и миреНаука и техника
Человек научился создавать из песка замки, стекло и... компьютеры. Знаете ли вы, что "мозг" вашего ПК – процессор, – сделан из песка, точнее, его элемента – кремния (лат. silicium, англ. silicon)?

Именно в честь него знаменитое место в американском штате Калифорния, где создаются компьютеры и программы, названо Кремниевой долиной (Silicon Valley).

Процессоры - самые сложные устройства на Земле, состоящие из сотен миллионов крошечных первичных элементов – транзисторов. На заводах мировых производителей процессоры изготавливаются в особо чистых помещениях; при этом производство состоит из множества этапов.

Кремний - второй после кислорода наиболее часто встречающийся химический элемент в земной коре. В песке он содержится в больших количествах в виде диоксида кремния (SiO2). Кремний – основа современного полупроводникового производства.

Сначала кремний проходит многоступенчатый процесс очистки: «микроэлектронный» кремний, предназначенный для микросхем, не может содержать больше примесей, чем один чужеродный атом на миллиард. Кремний расплавляют и делают заготовки, каждая из которых весит около 100 кг.

Из заготовки, как из куска мрамора при создании скульптуры, можно получить огромное количество крошечных транзисторов – элементарных переключателей, регулирующих прохождение электрического тока. Представьте, что, к примеру, в современной микросхеме размером всего 1-2 квадратных сантиметра корпорация Intel сумела разместить разместить несколько миллиардов транзисторов!

Заготовку нарезают на отдельные кремниевые диски – «подложки», на каждой из которых будут расположены сотни микропроцессоров.

 

Подложки полируют до зеркального блеска, чтобы устранить все дефекты поверхности, а затем при вращении наносят фотополимерный слой (так слой получится максимально тонким). Почти такой же фотополимер используют при производстве фотопленки.

Обработанная подобным образом подложка подвергается воздействию ультрафиолетового света и в фотополимерном слое происходит химическая реакция – примерно так же, как на фотопленке в процессе фотографирования: свет проходит через трафарет («маску»), повторяя рисунок одного слоя микропроцессора. Линза фокусирует свет, из-за чего реальный размер схемы, напечатанной на подложке, как правило, в четыре раза меньше трафарета. Участки, на которые попал свет, становятся растворимыми и вымываются. В итоге мы получаем нужный рисунок, который теперь требуется защитить. Снова наносим фотополимер, еще раз облучаем, и теперь удаляются те участки кремния, которые находились под «высвеченным» веществом. Неэкспонированный фотополимер закроет участки кремния, которые должны остаться нетронутыми, для следующего этапа – ионизации, в процессе которой свободные от полимера участки кремния бомбардируются ионами. В тех областях, куда они попали, изменяются свойства электрической проводимости. Электрическое поле заставляет ионы ударяться о поверхность подложки с огромной скоростью – более 300 000 км/ч.

Оставшийся полимер удаляют, и транзистор почти готов. В его изолирующем слое делаются три отверстия и заполняются медью: они играют роль контактов, через которые транзистор соединяется с другими транзисторами. Для этого подложку погружают в раствор сульфата меди. Под воздействием электрического тока на транзистор выпадают осадки в виде ионов меди: они переходят с положительного электрода (анода) на отрицательный (катод) – подложку.

Для соединения транзисторов создается многоуровневая разводка. То как они должны быть соединены, решает архитектор микросхемы. Несмотря на то, что процессоры выглядят плоскими, они могут включать сложнейшую разводку, состоящую из более чем 20 слоев: если рассмотреть их под микроскопом, можно увидеть сложную сеть, напоминающую фантастическую многоуровневую систему скоростных автомагистралей.

 

Далее подложка тестируется. Так, например, в Intel часть готовой подложки проходит первый тест на функциональность. На этом этапе на каждый из выбранных транзисторов подается ток, и его реакция сверяется с «правильным ответом».

Подложка разрезается на отдельные куски, которые называются кристаллами. Кристаллы, которые дали верный ответ при тестировании, станут основой процессоров, а бракованные выбрасываются.

Затем отдельный кристалл, из которого будет сделан процессор, помещают между основанием (электрический и механический «соединитель» с материнской платой компьютера) и крышкой-теплоотводом, на которой сверху будет размещено устройство охлаждения.

В ходе окончательного тестирования процессоры проверяются на соответствие требуемым параметрам (например, выделение тепла, максимальная тактовая частота), затем сортируются, упаковываются и отправляются к производителям компьютеров.

А далее они служат верой и правдой в наших компьютерах!

Вступайте в группу Город Новостей в социальной сети Одноклассники, чтобы быть в курсе самых важных новостей.

всего: 606 / сегодня: 1

Комментарии /0

Смайлы

После 22:00 комментарии принимаются только от зарегистрированных пользователей ИРП "Хутор".

Авторизация через Хутор:



В стране и мире