Kas ir iesaistīts integrālo shēmu ražošanā?

Integrētā shēma jeb IC mikroshēma burtiski ir pusvadītāju materiāla slānis, kurā visas ķēdes sastāvdaļas ir savstarpēji savienotas vienā ražošanas procesu sērijā, tāpēc visas sastāvdaļas vairs nav jāražo atsevišķi un vēlāk jāsamontē. Agrākā mikroshēmas integrālās shēmas forma tika ražota 1959. gadā, un tā bija neapstrādāts vairāku desmitu elektronisku komponentu komplekts. Tomēr integrālo shēmu izgatavošanas sarežģītība pieauga eksponenciāli, līdz 1960. gadiem IC mikroshēmās bija simtiem komponentu, bet 1969. gadā, kad tika izveidots pirmais īstais mikroprocesors, tūkstošiem komponentu. No 2011. gada elektroniskajām shēmām ir IC mikroshēmas, kuru garums vai platums ir daži centimetri un kurās var ievietot miljoniem tranzistoru, kondensatoru un citu elektronisku komponentu. Mikroprocesori datorsistēmām un atmiņas moduļi, kuros galvenokārt ir tranzistori, ir vismodernākais IC mikroshēmu veids kopš 2011. gada, un tiem var būt miljardiem komponentu uz kvadrātcentimetru.

Tā kā komponenti integrālās shēmas ražošanā ir tik mazi, vienīgais efektīvais veids, kā tos izveidot, ir izmantot ķīmiskās kodināšanas procesus, kas ietver reakcijas uz vafeļu virsmas no gaismas iedarbības. Shēmai tiek izveidota maska ​​vai sava veida raksts, un caur to tiek izstarota gaisma uz vafeles virsmas, kas ir pārklāta ar plānu fotorezista materiāla kārtu. Šī maska ​​ļauj iegravēt rakstus vafeļu fotorezistā, kas pēc tam tiek cepta augstā temperatūrā, lai modelis nostiprinātos. Pēc tam fotorezista materiāls tiek pakļauts šķīstošam šķīdumam, kas noņem vai nu apstaroto, vai maskēto virsmas apgabalu atkarībā no tā, vai fotorezista materiāls ir pozitīvs vai negatīvs ķīmiskais reaģents. Tas ir palicis smalks savstarpēji savienotu komponentu slānis izmantotā gaismas viļņa garuma platumā, kas var būt ultravioletā gaisma vai rentgena stari.

Pēc maskēšanas integrālās shēmas izgatavošana ietver silīcija dopingu vai atsevišķu, parasti fosfora vai bora atomu implantēšanu materiāla virsmā, kas nodrošina kristāla lokālajiem reģioniem vai nu pozitīvu, vai negatīvu elektrisko lādiņu. Šie uzlādētie reģioni ir pazīstami kā P un N reģioni, un, kur tie sastopas, tie veido pārvades savienojumu, lai izveidotu universālu elektrisko komponentu, kas pazīstams kā PN savienojums. 1,000. gadā šādi savienojumi lielākajai daļai integrēto shēmu ir aptuveni 100 līdz 2011 nanometru platumā, tāpēc katrs PN savienojums ir aptuveni cilvēka sarkano asins šūnu lielums, kas ir aptuveni 100 nanometru plats. PN savienojumu izveides process ir ķīmiski pielāgots, lai parādītu dažāda veida elektriskās īpašības, ļaujot savienojumam darboties kā tranzistoram, rezistors, kondensators vai diode.

Tā kā integrālo shēmu komponenti un savienojumi starp komponentiem ir ļoti smalki, tad, kad process sabojājas un ir bojātas sastāvdaļas, visa vafele ir jāizmet, jo to nevar salabot. Šo kvalitātes kontroles līmeni vēl vairāk paaugstina fakts, ka lielākā daļa mūsdienu IC mikroshēmu kopš 2011. gada sastāv no daudziem integrēto shēmu slāņiem, kas sakrauti viens virs otra un savienoti viens ar otru, lai izveidotu pašu galīgo mikroshēmu un sniegtu tai vairāk. apstrādes jauda. Izolācijas un metāla starpsavienojuma slāņi ir jānovieto arī starp katru ķēdes slāni, kā arī lai ķēde būtu funkcionāla un uzticama.

Lai gan daudzas mikroshēmas tiek ražotas integrālās shēmas izgatavošanas procesā, tie, kas darbojas kā galaprodukti, kas iztur elektrisko testēšanu un mikroskopa pārbaudes, ir tik vērtīgi, ka padara procesu ļoti ienesīgu. Integrētās shēmas tagad kontrolē gandrīz visas modernās elektroniskās ierīces, kas tika izmantotas 2011. gadā, sākot no datoriem un mobilajiem tālruņiem līdz plaša patēriņa elektronikai, piemēram, televizoriem, mūzikas atskaņotājiem un spēļu sistēmām. Tās ir arī būtiskas automašīnu un lidmašīnu vadības sistēmu un citu digitālo ierīču sastāvdaļas, kas lietotājam piedāvā programmēšanas iespējas, sākot no digitālajiem modinātājpulksteņiem līdz vides termostatiem.