มีอะไรเกี่ยวข้องกับการผลิตวงจรแบบบูรณาการ?

การประดิษฐ์วงจรแบบบูรณาการเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้างชั้นพื้นผิวที่บางมากของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บนชั้นพื้นผิวซึ่งมักจะทำจากซิลิกอนซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับอะตอมเพื่อสร้างการทำงานของส่วนประกอบวงจรประเภทต่างๆรวมถึงทรานซิสเตอร์ตัวเก็บประจุตัวต้านทานและไดโอดมันเป็นความก้าวหน้าของการออกแบบวงจรก่อนหน้านี้ที่ส่วนประกอบของตัวต้านทานตัวต้านทานทรานซิสเตอร์และอื่น ๆ ถูกยึดด้วยมือกับเขียงหั่นขนมปังที่เชื่อมต่อเพื่อสร้างวงจรที่ซับซ้อนกระบวนการผลิตวงจรแบบบูรณาการทำงานร่วมกับส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กมากจนสามารถสร้างได้ในพื้นที่สองสามตารางเซนติเมตรในปี 2554 ผ่านการพิมพ์หินและกระบวนการแกะสลักในโรงงานผลิตไมโครชิป

วงจรรวมหรือ IC, ชิปเป็นชั้นของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ส่วนประกอบวงจรทั้งหมดเชื่อมต่อกันในกระบวนการผลิตหนึ่งชุดเพื่อให้ส่วนประกอบทั้งหมดไม่จำเป็นต้องผลิตเป็นรายบุคคลอีกต่อไปและประกอบในภายหลังรูปแบบแรกสุดของวงจรรวมไมโครชิพถูกสร้างขึ้นในปี 1959 และเป็นชุดประกอบของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลายโหลความซับซ้อนของการผลิตวงจรแบบบูรณาการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณอย่างไรก็ตามมีส่วนประกอบหลายร้อยส่วนบนชิป IC ในช่วงทศวรรษที่ 1960 และส่วนประกอบหลายพันรายการในปี 1969 เมื่อไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกถูกสร้างขึ้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ณ ปี 2011 มีชิป IC ความยาวหรือความกว้างไม่กี่เซนติเมตรที่สามารถเก็บทรานซิสเตอร์ตัวเก็บประจุและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ นับล้านไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับระบบคอมพิวเตอร์และโมดูลหน่วยความจำที่มีทรานซิสเตอร์ส่วนใหญ่เป็นรูปแบบที่ซับซ้อนที่สุดของชิป IC ณ ปี 2011 และสามารถมีส่วนประกอบหลายพันล้านต่อตารางเซนติเมตร

เนื่องจากส่วนประกอบในการผลิตวงจรแบบบูรณาการมีขนาดเล็กมากวิธีเดียวที่มีประสิทธิภาพในการสร้างมันคือการใช้กระบวนการแกะสลักทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาบนพื้นผิวเวเฟอร์จากการสัมผัสกับแสงรูปแบบหน้ากากหรือการเรียงลำดับถูกสร้างขึ้นสำหรับวงจรและแสงจะส่องผ่านไปยังพื้นผิวเวเฟอร์ซึ่งเคลือบด้วยวัสดุบาง ๆ ของวัสดุช่างแสงหน้ากากนี้ช่วยให้รูปแบบถูกจารึกไว้ในเวเฟอร์ photoresist ที่ถูกอบที่อุณหภูมิสูงเพื่อทำให้รูปแบบแข็งตัววัสดุ Photoresist จะสัมผัสกับสารละลายละลายที่กำจัดบริเวณที่ฉายรังสีหรือบริเวณที่สวมหน้ากากของพื้นผิวขึ้นอยู่กับว่าวัสดุ photoresist เป็นสารทำปฏิกิริยาเคมีเชิงบวกหรือเชิงลบสิ่งที่เหลืออยู่ข้างหลังคือชั้นที่ดีของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อถึงกันที่ความกว้างของความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ซึ่งสามารถเป็นแสงอัลตราไวโอเลตหรือรังสีเอกซ์

หลังจากการปิดบังการผลิตวงจรแบบบูรณาการเกี่ยวข้องกับการเติมซิลิคอนหรือการปลูกถ่ายอะตอมแต่ละอะตอมของฟอสฟอรัสหรืออะตอมโบรอนลงในพื้นผิวของวัสดุซึ่งให้พื้นที่ท้องถิ่นเกี่ยวกับผลึกไม่ว่าจะเป็นประจุไฟฟ้าเชิงบวกหรือเชิงลบภูมิภาคที่มีประจุเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อภูมิภาค P และ N และที่ซึ่งพวกเขาพบกันพวกเขาจะสร้างทางแยกการส่งสัญญาณเพื่อสร้างองค์ประกอบไฟฟ้าสากลที่เรียกว่าทางแยก PNทางแยกดังกล่าวมีความกว้างประมาณ 1,000 ถึง 100 นาโนเมตรในปี 2011 สำหรับวงจรรวมส่วนใหญ่ซึ่งทำให้แต่ละจุดแยก PN เกี่ยวกับขนาดของเซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์ซึ่งมีความกว้างประมาณ 100 นาโนเมตรกระบวนการสร้างทางแยก PN นั้นได้รับการปรับแต่งทางเคมีเพื่อแสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ ทำให้เป็นไปได้ที่ทางแยกจะทำหน้าที่เป็นทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานตัวเก็บประจุหรือไดโอด

เนื่องจากส่วนประกอบและการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบในวงจรรวมในระดับที่ดีมากเมื่อกระบวนการพังทลายลงและมีส่วนประกอบที่ผิดพลาดเวเฟอร์ทั้งหมดจะต้องถูกโยนทิ้งไปเพราะไม่สามารถซ่อมแซมได้การควบคุมคุณภาพระดับนี้เพิ่มขึ้นถึงระดับที่สูงขึ้นโดยข้อเท็จจริงที่ว่า IC ที่ทันสมัยที่สุดชิปเมื่อปี 2554 ประกอบด้วยวงจรรวมหลายชั้นซ้อนกันอยู่บนยอดซึ่งกันและกันและเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างชิปสุดท้ายเองและให้พลังการประมวลผลมากขึ้นจะต้องวางเลเยอร์ที่เป็นฉนวนและเมทัลลิกระหว่างชั้นวงจรแต่ละชั้นเช่นเดียวกับการทำให้วงจรทำงานและเชื่อถือได้

ถึงแม้ว่าชิปปฏิเสธจำนวนมากจะผลิตในกระบวนการผลิตวงจรแบบบูรณาการ แต่สิ่งที่ทำงานเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ผ่านการทดสอบไฟฟ้าและการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์นั้นมีค่ามากจนทำให้กระบวนการทำกำไรได้สูงตอนนี้วงจรแบบบูรณาการควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยเกือบทุกเครื่องที่ใช้งานในปี 2011 ตั้งแต่คอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเช่นโทรทัศน์เครื่องเล่นเพลงและระบบเกมพวกเขายังเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของระบบควบคุมรถยนต์และเครื่องบินและอุปกรณ์ดิจิตอลอื่น ๆ ที่ให้ระดับความสามารถในการเขียนโปรแกรมให้กับผู้ใช้ตั้งแต่นาฬิกาปลุกดิจิตอลไปจนถึงเทอร์โมสตัทสิ่งแวดล้อม