Những gì có liên quan đến chế tạo mạch tích hợp?

Chế tạo mạch tích hợp bao gồm một quá trình tạo ra các lớp vật liệu bán dẫn rất mỏng trên đỉnh một lớp cơ chất, thường được làm từ silicon, có thể được thay đổi về mặt hóa học ở cấp độ nguyên tử để tạo ra chức năng của các loại thành phần mạch khác nhau, bao gồm cả bóng bán dẫn,Tụ điện, điện trở và điốt.Đây là một tiến bộ so với các thiết kế mạch trước đó trong đó các thành phần riêng lẻ của điện trở, bóng bán dẫn và nhiều hơn nữa được gắn bằng tay với một bảng kết nối để tạo thành mạch phức tạp.Một quy trình chế tạo mạch tích hợp hoạt động với các thành phần nhỏ đến mức hàng tỷ người trong số chúng có thể được tạo ra trong một khu vực có một vài cm vuông vào năm 2011, thông qua các quy trình in thạch bản và khắc khác nhau trong một cơ sở chế tạo vi mạch.Một mạch tích hợp, hoặc IC, chip theo nghĩa đen là một lớp vật liệu bán dẫn trong đó tất cả các thành phần mạch được kết nối với nhau trong một loạt các quy trình sản xuất để tất cả các thành phần không còn cần được sản xuất riêng lẻ và lắp ráp sau.Hình thức sớm nhất của mạch tích hợp vi mạch được sản xuất vào năm 1959 và là một tập hợp thô gồm vài chục thành phần điện tử.Tuy nhiên, sự tinh vi của chế tạo mạch tích hợp tăng theo cấp số nhân, tuy nhiên, với hàng trăm thành phần trên chip IC vào những năm 1960 và hàng ngàn thành phần vào năm 1969 khi bộ vi xử lý thực sự đầu tiên được tạo ra.Các mạch điện tử vào năm 2011 có chip IC có chiều dài hoặc chiều rộng vài cm có thể chứa hàng triệu bóng bán dẫn, tụ điện và các thành phần điện tử khác.Bộ vi xử lý cho các hệ thống máy tính và các mô -đun bộ nhớ có chứa hầu hết các bóng bán dẫn là dạng chip IC tinh vi nhất vào năm 2011 và có thể có hàng tỷ thành phần trên mỗi cm vuông.Vì các thành phần trong chế tạo mạch tích hợp rất nhỏ, nên cách hiệu quả duy nhất để tạo ra chúng là sử dụng một quá trình khắc hóa học liên quan đến các phản ứng trên bề mặt wafer từ tiếp xúc với ánh sáng.Một mặt nạ hoặc loại mẫu được tạo ra cho mạch, và ánh sáng được chiếu qua nó trên bề mặt wafers được phủ một lớp mỏng của vật liệu quang.Mặt nạ này cho phép các mẫu được khắc vào chất quang học wafer sau đó được nướng ở nhiệt độ cao để củng cố mô hình.Các vật liệu quang học sau đó được tiếp xúc với một dung dịch hòa tan loại bỏ vùng chiếu xạ hoặc vùng đeo mặt nạ của bề mặt tùy thuộc vào việc vật liệu quang học có phải là chất phản ứng hóa học dương hay âm hay không.Những gì còn lại phía sau là một lớp tốt của các thành phần được kết nối với nhau ở chiều rộng của bước sóng ánh sáng được sử dụng, có thể là tia cực tím hoặc tia X.Sau khi che giấu, chế tạo mạch tích hợp liên quan đến việc doping của silicon hoặc cấy ghép các nguyên tử riêng lẻ của các nguyên tử phốt pho hoặc boron vào bề mặt của vật liệu, đưa ra các vùng cục bộ trên tinh thể điện tích điện dương hoặc âm.Các vùng tích điện này được gọi là các vùng P và N, và, nơi chúng gặp nhau, chúng tạo thành một ngã ba truyền để tạo ra một thành phần điện phổ quát được gọi là ngã ba PN.Các mối nối như vậy rộng khoảng 1.000 đến 100 nanomet trong năm 2011 đối với hầu hết các mạch tích hợp, điều này làm cho mỗi điểm nối PN có kích thước của một tế bào hồng cầu của con người, có chiều rộng khoảng 100 nanomet.Quá trình tạo các mối nối PN được điều chỉnh về mặt hóa học để thể hiện các loại tính chất điện khác nhau, giúp cho ngã ba có thể hoạt động như một bóng bán dẫn, điện trở, tụ điện hoặc diode.Do mức độ rất tốt của các thành phần và kết nối giữa các thành phần trên các mạch tích hợp, khi quá trình bị phá vỡ và có các thành phần bị lỗi, toàn bộ wafer phải bị vứt đi vì nó không thể được sửa chữa.Mức độ kiểm soát chất lượng này được tăng lên mức cao hơn nữa bởi thực tế là hầu hết các IC hiện đạiCác chip tính đến năm 2011 bao gồm nhiều lớp mạch tích hợp xếp chồng lên nhau và kết nối với nhau để tạo ra chip cuối cùng và cung cấp cho nó nhiều sức mạnh xử lý hơn.Phương pháp cách điện và các lớp kết nối kim loại cũng phải được đặt giữa mỗi lớp mạch, cũng như để làm cho mạch hoạt động và đáng tin cậy.

Mặc dù nhiều chip từ chối được sản xuất trong quy trình chế tạo mạch tích hợp, những sản phẩm hoạt động như các sản phẩm cuối cùng vượt qua thử nghiệm điện và kiểm tra kính hiển vi rất có giá trị đến mức nó làm cho quá trình này có lợi nhuận cao.Các mạch tích hợp hiện kiểm soát hầu hết mọi thiết bị điện tử hiện đại khi sử dụng vào năm 2011, từ máy tính và điện thoại di động đến thiết bị điện tử tiêu dùng như tivi, máy nghe nhạc và hệ thống trò chơi.Chúng cũng là các thành phần thiết yếu của hệ thống điều khiển ô tô và máy bay và các thiết bị kỹ thuật số khác cung cấp mức độ khả năng lập trình cho người dùng, từ đồng hồ báo thức kỹ thuật số đến máy điều nhiệt môi trường.