Come funzionano i circuiti integrati

L'avvento dei circuiti integrati ha fatto una vera rivoluzione tecnologica nel settore elettronico e IT. Sembrerebbe che solo pochi decenni fa, per il semplice calcolo elettronico, fossero utilizzati enormi computer a valvole, che occupavano diverse stanze e persino interi edifici.

Questi computer contenevano molte migliaia di lampade elettroniche, che per il loro lavoro richiedevano una colossale energia elettrica e speciali sistemi di raffreddamento. Oggi sono sostituiti da computer su circuiti integrati.

Infatti, un circuito integrato è un insieme di molti componenti a semiconduttore di dimensioni microscopiche posizionati su un substrato e confezionati in una custodia in miniatura.

Un chip moderno delle dimensioni di un chiodo umano può contenere diversi milioni di diodi, transistor, resistori, conduttori di collegamento e altri componenti all'interno, che ai vecchi tempi avrebbero richiesto lo spazio di un hangar piuttosto grande per il loro posizionamento.

Non è necessario andare lontano per esempi, ad esempio il processore i7 contiene oltre tre miliardi di transistor su un'area di meno di 3 centimetri quadrati! E questo non è il limite.

Successivamente, considereremo la base del processo di creazione di chip. Il microcircuito è formato secondo la tecnologia planare (di superficie) mediante litografia. Ciò significa che è, per così dire, cresciuto da un semiconduttore su un substrato di silicio.

Il primo passo è preparare un sottile wafer di silicio, ottenuto da un singolo cristallo di silicio tagliando da un pezzo cilindrico usando un disco diamantato. La piastra è lucidata in condizioni speciali per evitare contaminazioni e polvere.

Successivamente, la piastra viene ossidata - viene esposta all'ossigeno a una temperatura di circa 1000 ° C per ottenere sulla sua superficie uno strato di un film dielettrico forte di biossido di silicio con uno spessore del numero richiesto di micron. Lo spessore dello strato di ossido così ottenuto dipende dal tempo di esposizione all'ossigeno, nonché dalla temperatura del substrato durante l'ossidazione.

Quindi un fotoresist viene applicato allo strato di biossido di silicio - una composizione fotosensibile, che dopo l'irradiazione si dissolve in una sostanza chimica specifica. Uno stencil viene posizionato sul fotoresist - una fotomaschera con aree trasparenti e opache. Quindi la piastra con il fotoresist depositato su di essa viene esposta - illuminata con una fonte di radiazione ultravioletta.

Come risultato dell'esposizione, quella parte del fotoresist che si trovava sotto le aree trasparenti del photomask cambia le sue proprietà chimiche e ora può essere facilmente rimossa insieme al biossido di silicio sotto di esso con sostanze chimiche speciali, usando il plasma o un altro metodo - questo si chiama attacco. Alla fine dell'attacco, i punti non protetti (illuminati) del wafer vengono puliti dal fotoresist esposto e quindi dal biossido di silicio.

Dopo l'attacco e la purificazione dal fotoresist non illuminato di quelle parti del substrato su cui è rimasto il biossido di silicio, iniziano l'epitassia - applicano strati della sostanza desiderata uno spessore di un atomo sul wafer di silicio. Tali strati possono essere applicati quanto basta. Successivamente, la piastra viene riscaldata e viene effettuata la diffusione di ioni di determinate sostanze per ottenere regioni p e n. Il boro è usato come accettore e l'arsenico e il fosforo sono usati come donatori.

Alla fine del processo, la metallizzazione viene eseguita con alluminio, nichel o oro per ottenere sottili film conduttivi che fungeranno da conduttori di collegamento per transistor, diodi, resistori cresciuti sul substrato nelle fasi precedenti, ecc.Allo stesso modo, vengono emessi gli elettrodi per il montaggio del microcircuito sul circuito stampato.

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