Qu'est-ce qui est impliqué dans la fabrication de circuits intégrés?

La fabrication de circuits intégrés implique un processus de création de couches de surface très minces de matériau semi-conducteur au sommet d'une couche de substrat, généralement en silicium, qui peut être modifiée chimiquement au niveau atomique pour créer la fonctionnalité de divers types de composants de circuit, y compris les transistors,condensateurs, résistances et diodes.Il s'agit d'une avance sur les conceptions de circuits précédents où des composants individuels des résistances, des transistors et d'autres ont été attachés à la main à une planche à pain de connexion pour former des circuits complexes.Un processus de fabrication de circuits intégrée fonctionne avec des composants si petits que des milliards d'entre eux peuvent être créés dans une zone de quelques centimètres carrés à partir de 2011, par divers processus de lithographie photo et de gravure dans une installation de fabrication de micropuces.

Un circuit intégré, ou IC, Chip est littéralement une couche de matériau semi-conducteur où tous les composants du circuit sont interconnectés dans une série de processus de fabrication afin que tous les composants n'aient plus à être fabriqués individuellement et assemblés plus tard.La première forme de circuit intégré de micropuce a été produite en 1959 et était un assemblage brut de plusieurs dizaines de composants électroniques.La sophistication de la fabrication de circuits intégrée a cependant augmenté de façon exponentielle avec des centaines de composants sur les puces IC dans les années 1960 et des milliers de composants en 1969 lorsque le premier véritable microprocesseur a été créé.Les circuits électroniques à partir de 2011 ont des puces IC quelques centimètres de longueur ou de largeur qui peuvent contenir des millions de transistors, condensateurs et autres composants électroniques.Les microprocesseurs pour les systèmes informatiques et les modules de mémoire qui contiennent principalement des transistors sont la forme la plus sophistiquée de puces IC en 2011, et peuvent avoir des milliards de composants par centimètre carré.

Étant donné que les composants de la fabrication de circuits intégrés sont si petits, le seul moyen efficace de les créer est d'utiliser des processus de gravure chimique qui impliquent des réactions sur la surface de la plaquette de l'exposition à la lumière.Un masque ou une sorte de motif est créé pour le circuit, et la lumière est brillante à travers la surface des plaquettes qui est recouverte d'une fine couche de matériau photorésist.Ce masque permet à des motifs d'être gravés dans la photorésistaire de la plaquette qui est ensuite cuit à une température élevée pour solidifier le motif.Le matériau de la photorésité est ensuite exposé à une solution de dissolution qui élimine soit la région irradiée ou la région masquée de la surface selon que le matériau de la photorésistaire est un réactif chimique positif ou négatif.Ce qui reste est une fine couche de composants interconnectés à une largeur de la longueur d'onde de la lumière utilisée, qui peut être une lumière ultraviolette ou des rayons X.

Après le masquage, la fabrication de circuits intégrés implique le dopage du silicium ou l'implantation d'atomes individuels de phosphore habituellement ou de bore dans la surface du matériau, qui donne des régions locales sur le cristal une charge électrique positive ou négative.Ces régions chargées sont connues sous le nom de régions P et N et, où elles se réunissent, elles forment une jonction de transmission pour créer une composante électrique universelle connue sous le nom de jonction PN.De telles jonctions mesurent environ 1 000 à 100 nanomètres de large en 2011 pour la plupart des circuits intégrés, ce qui fait de chaque jonction PN de la taille d'une globule rouge humain, qui est d'environ 100 nanomètres de largeur.Le processus de création de jonctions PN est sur mesure chimiquement pour présenter divers types de propriétés électriques, ce qui permet à la jonction d'agir comme un transistor, une résistance, un condensateur ou une diode.

En raison du niveau très fin des composants et des connexions entre les composants sur les circuits intégrés, lorsque le processus se décompose et qu'il y a des composants défectueux, la tranche entière doit être jetée car elle ne peut pas être réparée.Ce niveau de contrôle de la qualité est passé à un niveau encore plus élevé par le fait que la plupart des CI modernesLes puces en 2011 sont constituées de nombreuses couches de circuits intégrés empilés les uns aux autres et connectés les uns aux autres pour créer la puce finale elle-même et lui donner plus de puissance de traitement.Les couches d'interconnexion isolantes et métalliques doivent également être placées entre chaque couche de circuit, ainsi que pour rendre le circuit fonctionnel et fiable.

Bien que de nombreuses puces rejetées soient produites dans le processus de fabrication de circuits intégrée, ceux qui fonctionnent comme des produits finaux qui passent les tests électriques et les inspections au microscope sont si précieuses qu'elle rend le processus très rentable.Les circuits intégrés contrôlent désormais presque tous les dispositifs électroniques modernes en utilisant en 2011, des ordinateurs et des téléphones portables aux électroniques grand public tels que les téléviseurs, les joueurs de musique et les systèmes de jeu.Ce sont également des composants essentiels des systèmes de contrôle des automobiles et des avions et d'autres appareils numériques qui offrent un niveau de capacité de programmation à l'utilisateur, allant des réveils numériques aux thermostats environnementaux.