Microcircuitos. Como são feitos os circuitos integrados? De que materiais são feitos os microcircuitos?
Sem o que é difícil imaginar existir? homem moderno? Claro, sem tecnologia moderna. Algumas coisas se tornaram tão parte de nossas vidas que se tornaram tão chatas. Internet, TV, micro-ondas, geladeiras, máquinas de lavar– é difícil imaginar sem ele mundo moderno e, claro, você mesmo nele.
O que torna quase toda a tecnologia atual verdadeiramente útil e necessária?
Que invenção proporcionou ao progresso as maiores oportunidades?
Uma das descobertas mais insubstituíveis do homem é a tecnologia de produção de microcircuitos.
Graças a ela tecnologia modernaÉ tão pequeno em tamanho. É compacto e conveniente.
Todos nós sabemos que cabe em uma casa um grande número de coisas compostas por microcircuitos. Muitos deles cabem no bolso da calça e são leves.
O caminho espinhosoPara alcançar o resultado e obter o microcircuito, os cientistas trabalharam durante muitos anos. Os circuitos iniciais tinham dimensões enormes para os padrões atuais; eram maiores e mais pesados que um refrigerador, embora um refrigerador moderno não consista inteiramente de circuitos complexos e intrincados. Nada disso! Contém um pequeno, mas superior em utilidade aos antigos e volumosos. A descoberta causou sensação, impulsionou o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, e um avanço foi feito. Foram lançados equipamentos para produção de microcircuitos.
A produção de microcircuitos não é uma tarefa fácil, mas felizmente as pessoas possuem tecnologias que simplificam ao máximo a tarefa de produção. Apesar da complexidade, um grande número de chips é produzido todos os dias em todo o mundo. Eles estão em constante aprimoramento, adquirindo novos recursos e características aprimoradas. Como aparecem esses pequeninos? sistemas inteligentes? Equipamentos para produção de microcircuitos auxiliam nisso, o que, aliás, é discutido a seguir.
Na criação de microcircuitos são utilizados sistemas de deposição eletroquímica, câmaras de lavagem, câmaras de oxidação de laboratório, sistemas de eletrodeposição de cobre, equipamentos fotolitográficos e outros equipamentos tecnológicos.
O equipamento fotolitográfico é o mais caro e preciso da engenharia mecânica. É responsável por criar imagens no substrato de silício para produzir a topologia de chip pretendida. Um fotorresiste é aplicado sobre uma fina camada de material, que é posteriormente irradiada por uma fotomáscara e um sistema óptico. À medida que o equipamento funciona, o tamanho dos elementos estruturais diminui.
Nos sistemas de posicionamento, o papel principal é desempenhado por um motor elétrico linear e um interferômetro a laser, que muitas vezes possuem opinião. Mas, por exemplo, na tecnologia desenvolvida pelo laboratório "Amphora" de Moscou, não existe tal conexão. Esse equipamento doméstico possui movimentos mais precisos e repetição suave em ambos os lados, o que elimina a possibilidade de folga.
Filtros especiais protegem a máscara do calor que emana da região ultravioleta profunda, suportando temperaturas superiores a 1000 graus durante longos meses de operação.
Íons de baixa energia estão sendo aplicados em revestimentos multicamadas. Anteriormente, este trabalho era realizado exclusivamente por pulverização catódica com magnetron.
Tecnologia de fabricação de chips
Todo o processo de criação começa com a seleção dos cristais semicondutores. O mais relevante é o silício. Um wafer semicondutor fino é polido até que uma imagem espelhada apareça nele. Futuramente, uma etapa obrigatória da criação será a fotolitografia com luz ultravioleta na aplicação de um padrão. Uma máquina de produção de microchips ajuda nisso.
O que é um microcircuito? Esta é uma torta multicamadas feita de finas pastilhas de silício. Cada um deles possui um design específico aplicado a ele. Este mesmo desenho é criado na fase de fotolitografia. As placas são cuidadosamente colocadas em equipamentos especiais com temperaturas acima de 700 graus. Após a queima são lavados com água.
O processo de criação de uma placa multicamadas leva até duas semanas. A fotolitografia é realizada inúmeras vezes até que o resultado desejado seja alcançado.
Criação de microcircuitos na RússiaOs cientistas nacionais desta indústria também possuem suas próprias tecnologias para a produção de chips digitais. Fábricas do perfil correspondente operam em todo o país. Saída especificações técnicas não são muito inferiores aos concorrentes de outros países. É dada preferência aos microcircuitos russos em vários países. Tudo graças ao preço fixo, inferior ao dos fabricantes ocidentais.
Componentes necessários para a produção de microcircuitos de alta qualidadeOs microchips são criados em salas equipadas com sistemas que controlam a pureza do ar. Em toda a fase de criação, filtros especiais coletam informações e processam o ar, tornando-o mais limpo do que nas salas cirúrgicas. Os trabalhadores da produção usam macacões de proteção especiais, que geralmente são equipados com um sistema interno de fornecimento de oxigênio.
A fabricação de chips é negócio lucrativo. Bons especialistas nesta área estão sempre em demanda. Quase todos os eletrônicos operam com microcircuitos. Os carros modernos estão equipados com eles. Nave espacial não seriam capazes de funcionar sem a presença de microcircuitos neles. O processo de produção é melhorado regularmente, a qualidade melhora, as capacidades se expandem e o prazo de validade aumenta. Os microcircuitos serão relevantes por muitas décadas, ou mesmo centenas de anos. Sua principal tarefa é trazer benefícios para a Terra e além dela.
O mundo moderno é tão informatizado que é quase impossível imaginar nossa vida sem existência dispositivos eletrônicos, acompanhando-nos em todas as áreas de nossas vidas e atividades.
E o progresso não pára, mas continua a ser continuamente melhorado: os dispositivos estão a ficar mais pequenos e a tornar-se mais potentes, mais capacitivos e mais produtivos. No centro desse processo está a tecnologia de produção de microcircuitos, que, em uma versão simplificada, é uma conexão de vários diodos não corporais, triodos, transistores, resistores e outros componentes eletrônicos ativos (às vezes seu número em um microcircuito chega a vários milhões), unidos por um circuito.
Cristais semicondutores (silício, germânio, óxido de háfnio, arseneto de gálio) são a base para a produção de todos os microcircuitos. Todas as conexões entre elementos e elementos são feitas neles. O mais comum deles é o silício, pois, pelas suas propriedades físico-químicas, é o semicondutor mais adequado para esses fins. O fato é que os materiais semicondutores pertencem à classe com condutividade elétrica localizada entre condutores e isoladores. E podem atuar como condutores e dielétricos, dependendo do conteúdo de outras impurezas químicas neles.
Os microcircuitos são criados criando sequencialmente diferentes camadas em um fino wafer semicondutor, que são pré-polidos e mecanicamente ou quimicamente levados a um acabamento espelhado. Sua superfície deve ser completamente lisa em nível atômico.
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Etapas de vídeo da produção de microcircuitos:
Na formação de camadas, como os padrões aplicados na superfície da placa são muito pequenos, o material que posteriormente forma o padrão é depositado em toda a superfície de uma só vez, e então o desnecessário é removido pelo processo de fotolitografia.
A fotolitografia é uma das principais etapas da produção de microcircuitos e lembra um pouco a produção fotográfica. Um material especial sensível à luz (fotorresiste) também é aplicado na superfície do material previamente aplicado em uma camada uniforme e depois é seco. Em seguida, o padrão desejado é projetado na superfície da camada por meio de uma máscara fotográfica especial. Sob a influência da luz ultravioleta, áreas individuais do fotorresiste mudam suas propriedades - tornam-se mais fortes, de modo que as áreas não irradiadas são posteriormente removidas. Este método de desenho é tão eficaz em sua precisão que continuará a ser usado por muito tempo.
Em seguida vem o processo de conexão elétrica entre transistores em microcircuitos, combinando transistores em células separadas e células em blocos separados. As interconexões são criadas em múltiplas camadas metálicas de chips completos. Os materiais utilizados na produção das camadas são principalmente cobre, e para circuitos particularmente de alto desempenho é utilizado ouro. O número de camadas de conexões elétricas depende da potência e do desempenho do chip que está sendo criado - quanto mais poderoso ele for, mais camadas ele contém.
Desta forma, obtém-se uma estrutura tridimensional complexa de um microcircuito eletrônico com espessura de vários mícrons. O circuito eletrônico é então revestido com uma camada de material dielétrico com várias dezenas de mícrons de espessura. Nele, apenas as placas de contato são abertas, por meio das quais a energia e os sinais elétricos externos são posteriormente fornecidos ao microcircuito. Uma placa de silício com centenas de mícrons de espessura está fixada na parte inferior.
Ao final do processo de produção, os cristais do wafer são testados individualmente. Em seguida, cada chip é embalado em sua própria caixa, com a qual é possível conectá-lo a outros dispositivos. Sem dúvida, o tipo de embalagem depende da finalidade do chip e de como ele é utilizado. Os chips embalados passam pela etapa principal de testes de estresse: exposição à temperatura, umidade, eletricidade. E com base nos resultados dos testes, eles são rejeitados, classificados e classificados de acordo com as especificações.
Importante no processo de produção de peças de micronível, como microcircuitos, é a limpeza ideal das instalações de produção. Portanto, para garantir a limpeza ideal, são utilizadas salas especialmente equipadas, que, antes de tudo, são totalmente vedadas, equipadas com microfiltros para purificação do ar. O pessoal que trabalha nessas salas possui roupas especiais que impedem a penetração de quaisquer micropartículas; Além disso, tais instalações são dotadas de certa umidade e temperatura do ar, e são construídas sobre fundações protegidas de vibrações.
Vídeo - excursão à fábrica onde são produzidos os microcircuitos:
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Como são feitos os microcircuitos?
Para entender qual é a principal diferença entre essas duas tecnologias, você precisa fazer excursão curta na própria tecnologia de produção de processadores ou circuitos integrados modernos.
Como você sabe no curso de física escolar, na eletrônica moderna os principais componentes dos circuitos integrados são os semicondutores do tipo p e do tipo n (dependendo do tipo de condutividade). Um semicondutor é uma substância cuja condutividade é superior à dos dielétricos, mas inferior à dos metais. A base de ambos os tipos de semicondutores pode ser o silício (Si), que em sua forma pura (o chamado semicondutor intrínseco) conduz mal corrente elétrica No entanto, a adição (introdução) de uma certa impureza no silício pode alterar radicalmente as suas propriedades condutoras. Existem dois tipos de impurezas: doadoras e aceitadoras. Uma impureza doadora leva à formação de semicondutores do tipo n com condutividade do tipo eletrônico, e uma impureza aceitadora leva à formação de semicondutores do tipo p com condutividade do tipo buraco. Contatos de semicondutores p e n permitem a formação de transistores básicos elementos estruturais
O transistor CMOS tipo n mais simples possui três eletrodos: fonte, porta e dreno.
O próprio transistor é feito de um semicondutor tipo p com condutividade de furo, e semicondutores tipo n com condutividade eletrônica são formados nas regiões de dreno e fonte.
Assim, um circuito integrado moderno consiste em dezenas de milhões de transistores CMOS simples. Detenhamo-nos mais detalhadamente no processo de fabricação de microcircuitos, cuja primeira etapa é a produção de substratos de silício.
A criação de tais substratos começa com o crescimento de um único cristal cilíndrico de silício. Posteriormente, esses espaços em branco monocristalinos (blanks) são cortados em wafers redondos (wafers), cuja espessura é de aproximadamente 1/40 polegada e o diâmetro é de 200 mm (8 polegadas) ou 300 mm (12 polegadas). Esses são os substratos de silício utilizados para a produção de microcircuitos.
Ao formar wafers a partir de monocristais de silício, o fato de que para estruturas cristalinas ideais propriedades físicas dependem em grande parte da direção escolhida (propriedade de anisotropia). Por exemplo, a resistência de um substrato de silício será diferente nas direções longitudinal e transversal. Da mesma forma, dependendo da orientação da rede cristalina, o cristal de silício reagirá de maneira diferente a quaisquer influências externas associadas ao seu processamento posterior (por exemplo, gravação, pulverização catódica, etc.).
Portanto, a placa deve ser cortada de um único cristal de tal forma que a orientação da rede cristalina em relação à superfície seja estritamente mantida em uma determinada direção. Como já foi observado, o diâmetro da peça de cristal único de silício é de 200 ou 300 mm. Além disso, o diâmetro é de 300 mm, isso é relativo nova tecnologia
Passo 2. Aplicação de uma película dielétrica protetora (SiO2)
Para isso, é necessário introduzir no silício as chamadas impurezas doadoras e aceitadoras.
Contudo, surge a questão: como introduzir impurezas de acordo com um padrão precisamente especificado? Para que isso seja possível, as áreas onde não é necessária a introdução de impurezas são protegidas com uma película especial de dióxido de silício, deixando expostas apenas as áreas sujeitas a processamento posterior (Fig. 2). O processo de formação de uma película protetora com o padrão desejado consiste em várias etapas. No primeiro estágio, todo o wafer de silício é completamente coberto por uma fina película de dióxido de silício (SiO2), que é um isolante muito bom e atua como uma película protetora durante o processamento posterior do cristal de silício. As placas são colocadas em uma câmara onde alta temperatura
Passo 3. Aplicando fotorresiste Depois que o substrato de silício é revestido película protetora
O processo de aplicação do fotorresistente e sua posterior irradiação com luz ultravioleta de acordo com um determinado padrão é denominado fotolitografia e inclui as seguintes operações básicas: formação de uma camada de fotorresistente (processamento do substrato, aplicação, secagem), formação de um relevo protetor (exposição, revelação, secagem) e transferência da imagem para o substrato (gravação, pulverização catódica etc.).
Antes de aplicar uma camada de fotorresistente (Fig. 3) ao substrato, este é submetido a um pré-tratamento, melhorando assim a sua adesão à camada fotorresistente. Para aplicar uma camada uniforme de fotorresistente, utiliza-se o método de centrifugação. O substrato é colocado sobre um disco giratório (centrífuga) e, sob a influência das forças centrífugas, o fotorresiste é distribuído sobre a superfície do substrato em uma camada quase uniforme. (Ao falar de uma camada quase uniforme, levamos em consideração o fato de que sob a influência das forças centrífugas, a espessura do filme resultante aumenta do centro para as bordas, porém, este método de aplicação do fotorresiste pode suportar flutuações na camada espessura dentro de ±10%.)
Após a aplicação e secagem da camada fotorresistente, inicia-se a etapa de formação do relevo protetor necessário. O relevo é formado pelo fato de que sob a influência da radiação ultravioleta incidindo sobre certas áreas da camada fotorresistente, esta altera as propriedades de solubilidade, por exemplo, as áreas iluminadas deixam de se dissolver no solvente, que remove áreas de a camada que não foi exposta à iluminação, ou vice-versa - as áreas iluminadas se dissolvem. Com base no método de formação do relevo, os fotorresistentes são divididos em negativos e positivos. Os fotorresistentes negativos, quando expostos à radiação ultravioleta, formam áreas protetoras de relevo. Os fotorresistentes positivos, ao contrário, sob a influência da radiação ultravioleta adquirem propriedades de fluidez e são lavados pelo solvente. Conseqüentemente, uma camada protetora é formada nas áreas que não estão expostas à radiação ultravioleta.
Para iluminar as áreas desejadas da camada fotorresistente, é usado um modelo de máscara especial.
Na maioria das vezes, placas de vidro óptico com elementos opacos obtidos fotograficamente ou de outra forma são utilizadas para esse fim. Na verdade, esse modelo contém um desenho de uma das camadas do futuro microcircuito (pode haver várias centenas dessas camadas no total). Como este modelo é uma referência, deve ser feito com muita precisão. Além disso, levando em consideração o fato de que muitas chapas fotográficas serão feitas a partir de uma fotomáscara, ela deve ser durável e resistente a danos. A partir disso fica claro que uma máscara fotográfica é algo muito caro: dependendo da complexidade do microcircuito, pode custar dezenas de milhares de dólares. A radiação ultravioleta, passando por tal modelo (Fig. 4), ilumina apenasáreas necessárias
superfície da camada fotorresistente. Após a irradiação, o fotorresistente sofre revelação, resultando na remoção de áreas desnecessárias da camada. Isto expõe a parte correspondente da camada de dióxido de silício. Apesar da aparente simplicidade do processo fotolitográfico, é esta etapa da produção do microcircuito que é a mais complexa. O fato é que, de acordo com a previsão de Moore, o número de transistores em um chip aumenta exponencialmente (dobra a cada dois anos). Tal aumento no número de transistores só é possível devido à diminuição do seu tamanho, mas é justamente a diminuição que “repousa” no processo de litografia. Para diminuir o tamanho dos transistores, é necessário reduzir as dimensões geométricas das linhas aplicadas à camada fotorresistente. Mas há um limite para tudo; focar um feixe de laser em um ponto não é tão fácil. O ponto no qual o feixe de laser é focado (na verdade, não é apenas um ponto, mas um padrão de difração) é determinado, entre outros fatores, pelo comprimento de onda da luz. O desenvolvimento da tecnologia litográfica desde a sua invenção no início dos anos 70 tem sido no sentido de reduzir o comprimento de onda da luz. Foi isso que permitiu reduzir o tamanho dos elementos dos circuitos integrados. A partir de meados da década de 80, a fotolitografia passou a utilizar a radiação ultravioleta produzida pelo laser. A ideia é simples: o comprimento de onda da radiação ultravioleta é menor que o comprimento de onda da luz visível, portanto é possível obter linhas mais finas na superfície do fotorresistente. Até recentemente, a litografia usava radiação ultravioleta profunda (Deep Ultra Violet, DUV) com comprimento de onda de 248 nm. No entanto, quando a fotolitografia ultrapassou o limite de 200 nm, surgiram sérios problemas que pela primeira vez lançaram dúvidas sobre a possibilidade uso adicional
esta tecnologia. Por exemplo, em comprimentos de onda inferiores a 200 mícrons, muita luz é absorvida pela camada fotossensível, complicando e retardando assim o processo de transferência do modelo de circuito para o processador. Problemas como estes estão a levar investigadores e fabricantes a procurar alternativas à tecnologia tradicional de litografia.
A nova tecnologia de litografia, chamada litografia EUV (Extreme UltraViolet ultra-hard ultravioleta) é baseada no uso de radiação ultravioleta com comprimento de onda de 13 nm.
A transição da litografia DUV para EUV proporciona uma redução de mais de 10 vezes no comprimento de onda e uma transição para uma faixa onde é comparável ao tamanho de apenas algumas dezenas de átomos.
Cada um desses espelhos contém 80 camadas metálicas individuais com aproximadamente 12 átomos de espessura.
O processo de ataque químico é frequentemente associado a banhos ácidos. Este método de gravação ácida é bem conhecido pelos rádios amadores que fabricaram suas próprias placas de circuito impresso. Para isso, um padrão de trilhos para a futura placa é aplicado na placa de circuito impresso revestida com verniz, que atua como uma camada protetora, e a seguir a placa é mergulhada em um banho de ácido nítrico. Seções desnecessárias da folha são gravadas, expondo o PCB limpo.
Este método tem uma série de desvantagens, a principal delas é a incapacidade de controlar com precisão o processo de remoção da camada, uma vez que muitos fatores influenciam o processo de ataque: concentração de ácido, temperatura, convecção, etc. Além disso, o ácido interage com o material em todas as direções e penetra gradativamente sob a borda da máscara fotorresistente, ou seja, destrói as camadas recobertas lateralmente pelo fotorresistente. Portanto, na produção de processadores, é utilizado o método de ataque a seco, também chamado de plasma. Este método permite controlar com precisão o processo de gravação, e a destruição da camada gravada ocorre estritamente na direção vertical.
A gravação a seco usa um gás ionizado (plasma) para remover o dióxido de silício da superfície do wafer, que reage com a superfície do dióxido de silício para produzir subprodutos voláteis.
Etapa 6. Difusão (implantação iônica)
Lembremos que o processo anterior de formação do padrão necessário em um substrato de silício foi necessário para criar estruturas semicondutoras nos lugares certos, introduzindo uma impureza doadora ou aceitadora. O processo de introdução de impurezas é realizado por difusão (Fig. 9), introdução uniforme de átomos de impureza na rede cristalina de silício. Para obter um semicondutor do tipo n, geralmente são usados antimônio, arsênico ou fósforo.
Assim, ao final da etapa de implantação iônica, foi criada a camada necessária da estrutura semicondutora. No entanto, em microprocessadores pode haver várias dessas camadas. Para criar a próxima camada no padrão de circuito resultante, uma fina camada adicional de dióxido de silício é cultivada. Após isso, são depositadas uma camada de silício policristalino e outra camada de fotorresiste. A radiação ultravioleta passa pela segunda máscara e destaca o padrão correspondente na camada fotográfica. Em seguida, seguem novamente as etapas de dissolução da fotocamada, ataque e implantação iônica.
A aplicação de novas camadas é realizada diversas vezes, enquanto para as conexões intercamadas ficam “janelas” nas camadas, que são preenchidas com átomos metálicos; Como resultado, regiões condutoras de tiras de metal são criadas no cristal. Dessa forma, os processadores modernos estabelecem conexões entre camadas que formam um circuito tridimensional complexo. O processo de cultivo e processamento de todas as camadas dura várias semanas e
ciclo de produção consiste em mais de 300 etapas. Como resultado, centenas de processadores idênticos são formados em um wafer de silício. Para suportar os impactos aos quais os wafers são expostos durante o processo de estratificação, os wafers de silício são inicialmente feitos bastante espessos. Portanto, antes de cortar o wafer em processadores individuais, sua espessura é reduzida em 33% e a contaminação é removida do
. Em seguida, uma camada de material especial é aplicada na parte traseira do substrato para melhorar a fixação do cristal ao corpo do futuro processador.
Etapa 8. Etapa final
No final do ciclo de formação, todos os processadores são exaustivamente testados. Em seguida, cristais específicos que já passaram no teste são cortados da placa de substrato por meio de um dispositivo especial (Fig. 10).
Consideramos o processo tecnológico de produção de microcircuitos (em particular, processadores) de uma forma bastante simplificada. Mas mesmo uma apresentação tão superficial permite compreender as dificuldades tecnológicas encontradas na redução do tamanho dos transistores.
Contudo, antes de considerar novos tecnologias promissoras, vamos responder à pergunta feita logo no início do artigo: qual é o padrão de design do processo tecnológico e como, de fato, o padrão de design de 130 nm difere do padrão de 180 nm?
130 nm ou 180 nm esta é a distância mínima característica entre dois elementos adjacentes em uma camada do microcircuito, ou seja, uma espécie de degrau de grade ao qual os elementos do microcircuito estão ligados. É bastante óbvio que quanto menor for esse tamanho característico, mais transistores podem ser colocados na mesma área do microcircuito. Atualmente, os processadores Intel usam 0,13 mícron processo
. Esta tecnologia é usada para fabricar o processador Intel Pentium 4 com núcleo Northwood, o processador Intel Pentium III com núcleo Tualatin e o processador Intel Celeron. Ao usar esse processo tecnológico, a largura útil do canal do transistor é de 60 nm e a espessura da camada de óxido da porta não excede 1,5 nm. No total, o processador Intel Pentium 4 contém 55 milhões de transistores.
Junto com o aumento da densidade dos transistores no chip do processador, a tecnologia de 0,13 mícron, que substituiu a tecnologia de 0,18 mícron, traz outras inovações. Em primeiro lugar, utiliza conexões de cobre entre transistores individuais (na tecnologia de 0,18 mícron as conexões eram de alumínio). Em segundo lugar, a tecnologia de 0,13 mícron proporciona menor consumo de energia. Para equipamentos móveis, por exemplo, isso significa que o consumo de energia dos microprocessadores diminui e a vida útil da bateria é maior.
O aumento do diâmetro do wafer permite reduzir o custo de cada processador e aumentar o rendimento de produtos de qualidade adequada. Na verdade, a área de um wafer com diâmetro de 300 mm é 2,25 vezes maior que a área de um wafer com diâmetro de 200 mm e, consequentemente, o número de processadores obtidos de um wafer com diâmetro de 300 mm é duas vezes maior.
Em 2003, espera-se a introdução de um novo processo tecnológico com um padrão de design ainda menor, nomeadamente 90 nanómetros. O novo processo pelo qual a Intel fabricará a maioria de seus produtos, incluindo processadores, chipsets e equipamentos de comunicação, foi desenvolvido nas instalações de processamento de wafer D1C 300mm da Intel em Hillsboro, Oregon.
Em 23 de outubro de 2002, a Intel anunciou a abertura de uma nova instalação de US$ 2 bilhões em Rio Rancho, Novo México. A nova planta, chamada F11X, utilizará tecnologia moderna, que produzirá processadores em wafers de 300 mm usando uma tecnologia de processo com norma de projeto de 0,13 mícrons. Em 2003, a planta será transferida para um processo tecnológico com padrão de projeto de 90 nm.
Além disso, a Intel já anunciou a retomada da construção de outra unidade de produção na Fab 24 em Leixlip (Irlanda), projetada para produzir componentes semicondutores em wafers de silício de 300 mm com padrão de design de 90 nm. Um novo empreendimento com área total superior a 1 milhão de metros quadrados. pés com salas especialmente limpas com área de 160 mil metros quadrados. ft. deverá estar operacional no primeiro semestre de 2004 e empregará mais de mil funcionários. O custo da instalação é de cerca de 2 bilhões de dólares.
O processo de 90 nm utiliza uma gama de tecnologias avançadas. Estes são os menores transistores CMOS produzidos em massa do mundo, com um comprimento de porta de 50 nm (Fig. 11), que proporciona maior desempenho enquanto reduz o consumo de energia, e a camada de óxido de porta mais fina de qualquer transistor já produzido - apenas 1,2 nm (Fig. 12), ou menos de 5 camadas atômicas, e a primeira implementação da indústria de tecnologia de silício tenso de alto desempenho.
Das características listadas, talvez apenas o conceito de “silício estressado” necessite de comentários (Fig. 13). Nesse silício, a distância entre os átomos é maior do que em um semicondutor convencional. Isto, por sua vez, permite que a corrente flua mais livremente, semelhante à forma como o tráfego se move mais livremente e mais rapidamente numa estrada com faixas mais largas.
Como resultado de todas as inovações, as características de desempenho dos transistores são melhoradas em 10-20%, enquanto aumentam os custos de produção em apenas 2%.
Além disso, o processo de 90 nm utiliza sete camadas por chip (Figura 14), uma camada a mais que o processo de 130 nm, e também utiliza interconexões de cobre.
Todos esses recursos, combinados com wafers de silício de 300 mm, proporcionam à Intel benefícios em desempenho, volume de produção e custo. Os consumidores também se beneficiam, pois a nova tecnologia de processo da Intel permite que a indústria continue a evoluir de acordo com a Lei de Moore, aumentando continuamente o desempenho do processador.
Chip
Circuitos integrados modernos projetados para montagem em superfície.
Soviético e estrangeiro fichas digitais.
Circuito integrado, IC, microcircuito, microchip, chip de silício ou chip, (micro)circuito (IC, IC, m/s), chip, microchip (Inglês) chip- fita, fragmento, chip) - dispositivo microeletrônico - circuito eletrônico de complexidade arbitrária, fabricado em um cristal semicondutor (ou filme) e colocado em um invólucro indissociável. Muitas vezes, um circuito integrado (IC) é entendido como o verdadeiro cristal ou filme com um circuito eletrônico, e um microcircuito (MC) é um CI encerrado em uma caixa. Ao mesmo tempo, a expressão "componentes de chip" significa "componentes de montagem em superfície", em oposição aos tradicionais componentes soldados através de furos. Portanto, é mais correto dizer “microcircuito chip”, significando um microcircuito de montagem em superfície. Atualmente (ano) a maioria dos microcircuitos são fabricados em embalagens de montagem em superfície.
A invenção dos microcircuitos começou com o estudo das propriedades dos filmes finos de óxido, que se manifestam no efeito da baixa condutividade elétrica em baixas tensões elétricas. O problema era que onde os dois metais se tocavam não havia contato elétrico ou era polar. Estudos aprofundados desse fenômeno levaram à descoberta de diodos e, posteriormente, de transistores e circuitos integrados.
Níveis de projeto- Físico - métodos de implementação de um transistor (ou um pequeno grupo) na forma de zonas dopadas em um cristal.
- Elétrica - diagrama de circuitos (transistores, capacitores, resistores, etc.).
- Lógica - circuito lógico (inversores lógicos, elementos OR-NOT, AND-NOT, etc.).
- Nível de circuito e sistema - projeto de circuito e sistema (flip-flops, comparadores, codificadores, decodificadores, ALUs, etc.).
- Topológicas - fotomáscaras topológicas para produção.
- Nível de programa (para microcontroladores e microprocessadores) - instruções assembler para o programador.
Atualmente, a maioria dos circuitos integrados são desenvolvidos em CAD, o que permite automatizar e agilizar significativamente o processo de obtenção de fotomáscaras topológicas.
Classificação Grau de integração FinalidadeUm circuito integrado pode ter funcionalidade completa, não importa quão complexa seja - até um microcomputador inteiro (microcomputador de chip único).
Circuitos analógicos- Geradores de sinal
- Multiplicadores analógicos
- Atenuadores analógicos e amplificadores variáveis
- Estabilizadores de fonte de alimentação
- Troca de chips de controle de fonte de alimentação
- Conversores de sinal
- Circuitos de temporização
- Vários sensores (temperatura, etc.)
- Elementos lógicos
- Conversores de buffer
- Módulos de memória
- (Micro)processadores (incluindo a CPU de um computador)
- Microcomputadores de chip único
- FPGA - circuitos integrados lógicos programáveis
Os circuitos integrados digitais têm uma série de vantagens sobre os analógicos:
- O consumo reduzido de energia está associado ao uso em eletrônica digital sinais elétricos pulsados. Ao receber e converter tais sinais, os elementos ativos dispositivos eletrônicos(transistores) operam no modo “chave”, ou seja, o transistor está “aberto” - o que corresponde a um sinal de alto nível (1), ou “fechado” - (0), no primeiro caso não há tensão caia no transistor, no segundo - nenhuma corrente flui através dele. Em ambos os casos, o consumo de energia é próximo de 0, ao contrário dos dispositivos analógicos, nos quais na maioria das vezes os transistores estão em estado intermediário (resistivo).
- A alta imunidade a ruídos de dispositivos digitais está associada a uma grande diferença entre sinais de nível alto (por exemplo, 2,5 - 5 V) e baixo (0 - 0,5 V). Um erro é possível com tal interferência quando um nível alto é percebido como baixo e vice-versa, o que é improvável. Além disso, em dispositivos digitais é possível utilizar códigos especiais que permitem a correção de erros.
- A grande diferença entre sinais de alto e baixo nível e uma gama bastante ampla de alterações permitidas torna tecnologia digital insensível à dispersão inevitável dos parâmetros dos elementos na tecnologia integrada, elimina a necessidade de selecionar e configurar dispositivos digitais.
Um microcircuito é um dispositivo eletrônico ou parte dele capaz de realizar uma tarefa específica. Se fosse necessário resolver tal problema, que é resolvido por muitos microcircuitos, usando elementos discretos, usando transistores, então o dispositivo, em vez de um pequeno retângulo medindo 1 centímetro por 5 centímetros, ocuparia um gabinete inteiro e custaria muito menos confiável. Mas era assim que os computadores eram há meio século atrás!
Gabinete de controle eletrônico - foto
É claro que, para que um microcircuito funcione, não basta simplesmente fornecer energia a ele, é necessário também um chamado "; kit de corpo”, ou seja, aquelas peças auxiliares da placa, junto com as quais o microcircuito pode desempenhar sua função.
Kit de corpo de chip - desenho
Na figura acima, o próprio microcircuito está destacado em vermelho, todas as outras partes são suas "; kit de corpo" Muitas vezes, os microcircuitos aquecem durante a sua operação; podem ser microcircuitos para estabilizadores, microprocessadores e outros dispositivos. Neste caso, para evitar que o microcircuito queime, ele deve ser acoplado a um radiador. Os microcircuitos que devem aquecer durante a operação são projetados imediatamente com uma placa especial de dissipador de calor - uma superfície geralmente localizada na parte traseira do microcircuito, que deve se ajustar firmemente ao radiador.
Mas na conexão, mesmo com um radiador e placa cuidadosamente polidos, ainda haverá lacunas microscópicas, como resultado das quais o calor do microcircuito será transferido de forma menos eficiente para o radiador. Para preencher essas lacunas, utiliza-se pasta condutora de calor. O mesmo que aplicamos ao processador do computador antes de fixar o radiador em cima dele. Uma das pastas mais utilizadas é a KPT-8.
Amplificadores em microcircuitos podem ser soldados literalmente em 1 a 2 noites e começam a funcionar imediatamente, sem a necessidade de configurações complexas e sintonizadores altamente qualificados. Separadamente, gostaria de falar sobre microcircuitos amplificadores de carro, às vezes há literalmente 4 a 5 peças de um kit de carroceria. Para montar um amplificador desse tipo, com alguns cuidados, você não precisa nem de placa de circuito impresso (embora seja desejável) e pode montar tudo usando uma instalação saliente, diretamente nos pinos do microcircuito.
É verdade que, após a montagem, é melhor colocar imediatamente esse amplificador em uma caixa, porque tal projeto não é confiável e, em caso de curto-circuito acidental dos fios, o microcircuito pode queimar facilmente. Portanto, recomendo que todos os iniciantes gastem um pouco mais de tempo fazendo uma placa de circuito impresso.
Fontes de alimentação reguladas baseadas em chips estabilizadores são ainda mais fáceis de fabricar do que fontes similares baseadas em transistores. Veja quantas peças um simples microcircuito LM317 substitui:
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