Cosa è coinvolto nella fabbricazione di circuiti integrati?

La fabbricazione del circuito integrato comporta un processo di creazione di strati superficiali molto sottili di materiale a semiconduttore in cima a uno strato di substrato, generalmente realizzato in silicio, che può essere modificato chimicamente a livello atomico per creare la funzionalità di vari tipi di componenti di circuiti, compresi i transistor,condensatori, resistori e diodi.È un anticipo rispetto ai precedenti progetti di circuiti in cui i singoli componenti di resistori, transistor e altri sono stati attaccati a mano a una breadboard di collegamento per formare circuiti complessi.Un processo di fabbricazione di circuiti integrati funziona con componenti così piccoli che miliardi di essi possono essere creati in un'area di pochi centimetri quadrati a partire dal 2011, attraverso vari processi di litografia fotografica e attacco in una struttura di fabbricazione di microchip.

Un circuito integrato o IC, il chip è letteralmente uno strato di materiale a semiconduttore in cui tutti i componenti del circuito sono interconnessi in una serie di processi di produzione in modo che tutti i componenti non debbano più essere fabbricati individualmente e assemblati in seguito.La prima forma di circuito integrato di microchip fu prodotta nel 1959 ed era un gruppo grezzo di diverse dozzine di componenti elettronici.La raffinatezza della fabbricazione di circuiti integrati è aumentata esponenzialmente, tuttavia, con centinaia di componenti sui chip IC negli anni '60 e migliaia di componenti nel 1969 quando fu creato il primo vero microprocessore.I circuiti elettronici a partire dal 2011 hanno chip IC di alcuni centimetri di lunghezza o larghezza che possono contenere milioni di transistor, condensatori e altri componenti elettronici.I microprocessori per sistemi informatici e moduli di memoria che contengono principalmente transistor sono la forma più sofisticata di chip IC a partire dal 2011 e possono avere miliardi di componenti per centimetro quadrato.

Poiché i componenti nella fabbricazione di circuiti integrati sono così piccoli, l'unico modo efficace per crearli è utilizzare un processo di incisione chimica che coinvolgono reazioni sulla superficie del wafer dall'esposizione alla luce.Viene creata una maschera o una sorta di motivo per il circuito e la luce viene brillata attraverso di essa sulla superficie dei wafer che è rivestita con un sottile strato di materiale fotoresist.Questa maschera consente di incidere i motivi nel fotoresist di wafer che viene quindi cotto ad alta temperatura per solidificare il modello.Il materiale fotoresista viene quindi esposto a una soluzione di dissoluzione che rimuove la regione irradiata o la regione mascherata della superficie a seconda se il materiale fotoresista è un reagente chimico positivo o negativo.Ciò che è rimasto alle spalle è uno strato fine di componenti interconnessi a una larghezza della lunghezza d'onda della luce usata, che può essere una luce ultravioletta o raggi X.

Dopo il mascheramento, la fabbricazione del circuito integrato comporta il doping del silicio o l'impianto di singoli atomi di atomi di solito fosforo o boro nella superficie del materiale, che fornisce regioni locali sul cristallo una carica elettrica positiva o negativa.Queste regioni cariche sono conosciute come regioni P e N e, dove si incontrano, formano una giunzione di trasmissione per creare un componente elettrico universale noto come giunzione PN.Tali giunzioni sono larghi circa 1.000 a 100 nanometri a partire dal 2011 per la maggior parte dei circuiti integrati, il che rende ogni giunzione PN delle dimensioni di un cellulare rosso umano, che ha circa 100 nanometri di larghezza.Il processo di creazione di giunzioni PN è su misura chimicamente per mostrare vari tipi di proprietà elettriche, consentendo alla giunzione di agire come transistor, resistore, condensatore o diodo.

A causa del livello molto fine di componenti e connessioni tra i componenti sui circuiti integrati, quando il processo si rompe e ci sono componenti difettosi, l'intero wafer deve essere gettato via in quanto non può essere riparato.Questo livello di controllo di qualità è aumentato a un livello ancora più alto dal fatto che la più moderna ICI chip a partire dal 2011 consistono in molti strati di circuiti integrati impilati l'uno dell'altro e collegati tra loro per creare il chip finale stesso e dargli più potenza di elaborazione.Gli strati di interconnessione isolanti e metallici devono anche essere posizionati tra ciascun strato di circuito, nonché per rendere il circuito funzionale e affidabile.

Sebbene molti chip di rifiuto siano prodotti nel processo di fabbricazione del circuito integrato, quelli che funzionano come prodotti finali che superano i test elettrici e le ispezioni del microscopio sono così preziose che rende il processo altamente redditizio.I circuiti integrati ora controllano quasi tutti i moderni dispositivi elettronici in uso del 2011, dai computer e telefoni cellulari all'elettronica di consumo come televisori, musicisti e sistemi di gioco.Sono inoltre componenti essenziali dei sistemi di controllo automobilistico e degli aeromobili e altri dispositivi digitali che offrono un livello di capacità di programmazione per l'utente, che vanno dalle sveglie digitali ai termostati ambientali.