Wat is er betrokken bij geïntegreerde circuitfabricage?

Geïntegreerde circuitfabricage omvat een proces van het creëren van zeer dunne oppervlaktelagen van halfgeleidend materiaal bovenop een substraatlaag, meestal gemaakt van silicium, dat chemisch kan worden gewijzigd op atoomniveau om de functionaliteit van verschillende soorten circuitcomponenten te creëren, inclusief transistoren,condensatoren, weerstanden en diodes.Het is een opmars ten opzichte van eerdere circuitontwerpen waar individuele componenten van weerstanden, transistoren en meer met de hand werden aangeboden aan een verbindend breadboard om complex circuits te vormen.Een geïntegreerd circuitfabricageproces werkt met componenten die zo klein zijn dat miljarden daarvan kunnen worden gemaakt in een oppervlakte van enkele vierkante centimeters vanaf 2011, via verschillende fotolithografie en etsprocessen in een microchip -fabricagefaciliteit.

Een geïntegreerd circuit, of IC, chip is letterlijk een laag halfgeleidend materiaal waarbij alle circuitcomponenten met elkaar zijn verbonden in één reeks productieprocessen, zodat alle componenten niet langer individueel moeten worden vervaardigd en later moeten worden geassembleerd.De vroegste vorm van microchip geïntegreerd circuit werd geproduceerd in 1959 en was een ruwe assemblage van enkele tientallen elektronische componenten.De verfijning van geïntegreerde circuitfabricage nam echter exponentieel toe met honderden componenten op IC -chips in de jaren zestig, en duizenden componenten in 1969 toen de eerste echte microprocessor werd gemaakt.Elektronische circuits vanaf 2011 hebben IC -chips een paar centimeter lang of breedte die miljoenen transistors, condensatoren en andere elektronische componenten kunnen bevatten.Microprocessors voor computersystemen en geheugenmodules die voornamelijk transistoren bevatten, zijn de meest geavanceerde vorm van IC -chips vanaf 2011 en kunnen miljarden componenten per vierkante centimeter hebben.

Aangezien de componenten in geïntegreerde circuitfabricage zo klein zijn, is de enige effectieve manier om ze te creëren door chemische etsenprocessen te gebruiken die reacties op het waferoppervlak van blootstelling tot licht omvatten.Een masker of een soort patroon wordt gemaakt voor het circuit en er wordt licht erdoorheen geschenen op het wafelsoppervlak dat is bedekt met een dunne laag fotoresistisch materiaal.Met dit masker kunnen patronen worden geëtst in de wafelfotoresist die vervolgens op een hoge temperatuur wordt gebakken om het patroon te verstevigen.Het fotoresistische materiaal wordt vervolgens blootgesteld aan een oplossende oplossing die het bestraalde gebied of het gemaskerde gebied van het oppervlak verwijdert, afhankelijk van of het fotoresistische materiaal een positieve of negatieve chemische reactant is.Wat achterblijft is een fijne laag met onderling verbonden componenten bij een breedte van de gebruikte golflengte die wordt gebruikt, die ultraviolet licht of röntgenfoto's kunnen zijn.

Na maskeren omvat geïntegreerde circuitfabricage de doping van het silicium of implantatie van individuele atomen van meestal fosfor- of booratomen in het oppervlak van het materiaal, dat lokale gebieden op het kristal geeft, hetzij een positieve of negatieve elektrische lading.Deze geladen regio's staan bekend als P- en N -regio's, en, waar ze elkaar ontmoeten, vormen ze een transmissie -kruising om een universele elektrische component te creëren die bekend staat als een PN -overgave.Dergelijke knooppunten zijn ongeveer 1.000 tot 100 nanometer breed vanaf 2011 voor de meeste geïntegreerde circuits, waardoor elke PN -kruising ongeveer de grootte van een menselijke rode bloedcel is, die ongeveer 100 nanometer in breedte is.Het proces van het creëren van PN -juncties is chemisch afgestemd op verschillende soorten elektrische eigenschappen, waardoor de kruising mogelijk is om te fungeren als een transistor, weerstand, condensator of diode.

Vanwege het zeer fijne niveau van componenten en verbindingen tussen componenten op geïntegreerde circuits, wanneer het proces afbreekt en er defecte componenten zijn, moet de hele wafel worden weggegooid omdat deze niet kan worden gerepareerd.Dit niveau van kwaliteitscontrole wordt tot een nog hoger niveau verhoogd door het feit dat het meest moderne ICChips vanaf 2011 bestaan uit vele lagen geïntegreerde circuits die bovenop elkaar zijn gestapeld en met elkaar verbonden om de uiteindelijke chip zelf te maken en deze meer verwerkingskracht te geven.Isolerende en metalen interconnectlagen moeten ook worden geplaatst tussen elke circuitlaag, en om het circuit functioneel en betrouwbaar te maken.

Hoewel veel afwijzen van chips worden geproduceerd in het geïntegreerde circuitfabricageproces, zijn degenen die werken als eindproducten die doorgaan met elektrische testen en microscoopinspecties zo waardevol dat het proces zeer winstgevend maakt.Geïntegreerde circuits besturen nu bijna elk modern elektronisch apparaat in gebruik van 2011, van computers en mobiele telefoons tot consumentenelektronica zoals televisies, muziekspelers en spelsystemen.Het zijn ook essentiële componenten van auto- en vliegtuigcontrolesystemen en andere digitale apparaten die een niveau van programmeervermogen bieden tot de gebruiker, variërend van digitale alarmklokken tot omgevingsthermostaten.