Hoe geïntegreerde schakelingen

De komst van geïntegreerde schakelingen heeft een ware technologische revolutie teweeggebracht in de elektronica- en IT-industrie. Het lijkt erop dat slechts enkele decennia geleden, voor eenvoudige elektronische computerverwerking, enorme buiscomputers werden gebruikt die verschillende kamers en zelfs hele gebouwen bezetten.

Deze computers bevatten vele duizenden elektronische lampen, waarvoor kolossale elektrische stroom en speciale koelsystemen nodig waren voor hun werk. Tegenwoordig worden ze vervangen door computers op geïntegreerde schakelingen.

In feite is een geïntegreerde schakeling een verzameling van vele halfgeleidercomponenten van microscopisch formaat die op een substraat worden geplaatst en in een miniatuurdoos worden verpakt.

Eén moderne chip ter grootte van een menselijke nagel kan verschillende miljoenen diodes, transistors, weerstanden, verbindingsgeleiders en andere componenten bevatten, die vroeger de ruimte van een vrij grote hangar nodig hadden voor hun plaatsing.

U hoeft bijvoorbeeld niet ver te gaan voor voorbeelden, de i7-processor bevat bijvoorbeeld meer dan drie miljard transistors op een oppervlakte van minder dan 3 vierkante centimeter! En dit is niet de limiet.

Vervolgens zullen we de basis van het proces van het maken van chips beschouwen. De microcircuit wordt volgens de vlakke (oppervlakte) technologie door lithografie gevormd. Dit betekent dat het als het ware uit een halfgeleider op een siliciumsubstraat wordt gekweekt.

De eerste stap is het bereiden van een dunne siliciumwafel, die wordt verkregen uit een siliciumkristal door het snijden van een cilindrisch werkstuk met behulp van een diamant-gecoate schijf. De plaat wordt onder speciale omstandigheden gepolijst om verontreiniging en stof te voorkomen.

Daarna wordt de plaat geoxideerd - deze wordt blootgesteld aan zuurstof bij een temperatuur van ongeveer 1000 ° C om op zijn oppervlak een laag van een sterke diëlektrische film van siliciumdioxide te verkrijgen met een dikte van het vereiste aantal microns. De dikte van de aldus verkregen oxidelaag hangt af van de tijd van blootstelling aan zuurstof, evenals van de temperatuur van het substraat tijdens oxidatie.

Vervolgens wordt een fotoresist op de siliciumdioxidelaag aangebracht - een lichtgevoelige samenstelling, die na bestraling oplost in een specifieke chemische stof. Een stencil wordt op de fotolak geplaatst - een fotomasker met transparante en ondoorzichtige gebieden. Vervolgens wordt de plaat met de daarop neergeslagen fotolak belicht - verlicht met een bron van ultraviolette straling.

Als gevolg van de blootstelling verandert dat deel van de fotolak dat zich onder de transparante gebieden van het fotomasker bevond, van chemische eigenschappen en kan nu gemakkelijk worden verwijderd samen met het siliciumdioxide eronder met speciale chemicaliën, met behulp van plasma of een andere methode - dit wordt etsen genoemd. Aan het einde van het etsen worden de onbeschermde (verlichte) plaatsen van de wafel gereinigd van de blootgestelde fotoresist en vervolgens van siliciumdioxide.

Na het etsen en zuiveren van de niet-verlichte fotolak van die delen van het substraat waarop siliciumdioxide achterbleef, beginnen ze epitaxie - ze brengen lagen van de gewenste substantie één atoom dik aan op de siliciumwafel. Dergelijke lagen kunnen zoveel als nodig worden aangebracht. Vervolgens wordt de plaat verwarmd en diffusie van ionen van bepaalde stoffen uitgevoerd om p- en n-gebieden te verkrijgen. Boor wordt als acceptor gebruikt en arseen en fosfor worden als donor gebruikt.

Aan het einde van het proces wordt metallisatie uitgevoerd met aluminium, nikkel of goud om dunne geleidende films te verkrijgen die zullen fungeren als verbindingsgeleiders voor transistoren, diodes, weerstanden gegroeid op het substraat in de voorgaande fasen, enz.Op dezelfde manier worden pads voor het monteren van de microschakeling op de printplaat uitgevoerd.

Zie ook: Legendarische analoge chips