Hogyan processzorok
Nehéz elhinni, de egy modern processzor a legnehezebb végtermék a világon - és valójában úgy tűnik, hogy bonyolult erről vasat?
Tehát, ha egy gyárban a termelés processzorok egy új technológia épül, azt 4 év arra, hogy a megtérülés (több mint 5 milliárd $), és nem termelnek nyereséget.
A egyszerű számítás a titkos kiderül, hogy a szövet előállításához legalább 100 lapkák óránként dolgozik.
Röviden processzor gyártási folyamat a következő: a megolvadt szilícium egykristály termesztik speciális berendezések hengeres alakú.
Az így kapott bugát lehűtjük, és vágjuk „palacsinta”, amelynek a felülete gondosan leveled és csiszolt tükörfiniseléssel.
Akkor, a „tiszta szoba” félvezető gyárak szilíciumszeieteken által fotolitográfiában és rézkarc integrált áramkörök.
Miután újrafinomításához tányérok, laboratóriumi asszisztensek mikroszkóp előállítani minta vizsgálata feldolgozók - ha minden „OK”, a kész lemez vágjuk egyes processzorok, amely később van zárva a házba.
kémia órák
Homok, különösen kvarc, van egy nagy a szilícium százalékos aránya a szilícium-dioxid formában (SiO 2), és az elején a gyártási folyamat egyik alapvető összetevője létrehozására félvezetők.
Kezdetben hozott SiO2, mint homok, amely ívkemencék (hőmérsékleten körülbelül 1800 ° C-on) csökkent koksz:
SiO2 + 2C = Si + 2CO
Az ilyen szilikon az úgynevezett „technikai”, és tisztasága 98-99,9%. Azon processzorok előállításához szükséges alapanyag sokkal tisztább az úgynevezett „elektronikus szilícium” - ebben nem lehet több, mint egy idegen atom per milliárd szilícium atomok.
Ahhoz, hogy tisztítsák meg a szintet, szilícium szó „újjászületett”. Klórozásával szilícium előállított szilícium-tetrakloridot (SiCl4), amelyet ezt követően alakítjuk triklórszilán (SiHCl3):
Ezek a reakciók a recirkulációs kialakított oldalsó szilikátos anyagok csökkentik a költségeket és felszámolására környezeti problémák:
Az így kapott hidrogén felhasználható sok helyen, de a legfontosabb dolog, hogy már kapott „elektronikus” szilícium, a tiszta-legtisztább (99.9999999%). Később ebben a szilícium olvadék cseppek primer ( „dot növekedés”), fokozatosan húzott a tégelyt.
Az eredmény egy úgynevezett „bika” - monokristályból felnőtt magassága. Súly megfelelő - a termelő ilyen modulusa súlya körülbelül 100 kg.
Öntvény SKINS „nulevku” :) és vágott egy gyémánt fűrésszel. Downstream - lemezek (kódnevén „ostya”) körülbelül 1 mm vastagságú és 300 mm átmérőjű (
12 hüvelyk; Felhasználása ilyen technológiai folyamatra, hogy 32 nanométeres a HKMG technológia, a nagy-K / fém kapu).
Once upon a time Intel használt tárcsák átmérője 50 mm (2 „), és a közeljövőben már a tervek szerint megy a lemez, melynek átmérője 450 mm - indokolt legalább csökkentése tekintetében az előállítási költség chipek ahogy a megtakarítások -. Mindezek kristályok képződnek Intel, CPU termelés vásárolt máshol.
Minden lemez csiszolt, hogy egy tökéletesen sík, így a felülete tükörfiniseléssel.
Termelés chipek áll, több mint háromszáz műveletek, mint amelynek eredményeképpen több mint 20 réteg a komplex háromdimenziós szerkezetét. Nézzük röviden a legfontosabb állomásait.
Szóval A polírozott szilícium ostyák át kell vinni a következő processzor szerkezete, amelyet bevezetünk bizonyos részei a szilícium ostya szennyező amelyek végül is az tranzisztorok. Hogyan kell csinálni?
Általában az alkalmazás a különböző rétegek a processzor alatta - a tudomány, mert még elméletben ez a folyamat nem könnyű.
fotolitográfiában
A probléma megoldódott a fotolitográfiai technológia - a folyamat szelektív maratása felületi védőréteg alkalmazásával fotomaszk. A technológia alapja az az elv, „light-minta-réteggel”, és a következő:
- Egy szilícium szubsztrát, egy réteg anyag, amelyből mintát képez. Fotoreziszt alkalmazzák rá - egy réteg fényérzékeny polimer anyag, amely megváltoztatja a fizikai-kémiai tulajdonságok fénnyel besugározva.
- Készült expozíció (photolayer megvilágított egy jól meghatározott időintervallumon) keresztül fotomaszkba
- a hulladék fényálló.
A kívánt mintát húztunk az fotomaszk - általában egy tányér az optikai üveg, amelyen a fotografikusan nyomtatott átlátszatlan területeket. Minden sablon tartalmazza az egyik réteg a jövőben a processzor, ezért kell nagyon pontos és praktikus.
Néha megszáll e vagy más anyagot a megfelelő helyeken a lemez egyszerűen lehetetlen, így sokkal könnyebben alkalmazható az anyag közvetlenül a teljes felületen történő eltávolításával felüli helyeken, ahol ez nem szükséges - a fenti képen látható kék fényvédő lerakódását.
A lemezt besugározzuk ionokkal (pozitív vagy negatív töltésű atomok), melyek behatolnak előre meghatározott helyeken a felszín alatt a lemez és a változó tulajdonságait vezetőképes szilikonból (zöld részek - beültetjük idegen atomok).
Hogyan lehet elkülöníteni a területet, amely nem igényel utólagos feldolgozás?
Mielőtt a litográfia a felszínen a szilícium ostya (magas hőmérsékleten egy speciális kamrában) alkalmaznak a dielektromos védőfóliával - mint azt már említettük, hanem a hagyományos szilícium-dioxidot használunk cég Intel High-K-szigetelő.
Ez vastagabb, mint szilícium-dioxid, de ugyanakkor azt ugyanabból a tartályból tulajdonságokkal. Továbbá, mivel a megnövekedett vastagsága csökken a szivárgási áram a szigetelő, és ennek következtében - lehetővé vált, hogy több energiatakarékos processzorok.
Általánosságban elmondható, hogy sokkal nehezebb egységességének biztosítása a fólia a teljes lemez felületén - ebben az összefüggésben használjuk a gyártás nagy pontosságú hőmérséklet-szabályozás.
Szóval Ezeken a területeken, amelyek fog feldolgozni szennyeződések, a védőfóliát nem szükséges - finoman eltávolítjuk marató (eltávolítása területek réteget alkotnak egy többrétegű szerkezet meghatározott tulajdonságokkal).
Hogyan lehet eltávolítani a nem mindenhol, de csak a megfelelő területeken? Erre a tetején a film kell alkalmazni egy másik réteg fényvédő - a centrifugális erő a forgó lemez, hogy alkalmazzák nagyon vékonyan.
A fényképezés, a fény áthalad a negatív film, fotográfiai papír alá a felszínre, és megváltoztatta a kémiai tulajdonságait. A fotolitográfiában egy hasonló elv: a fény áthalad a fotomaszkot rá egy réteggel, és azokon a helyeken, ahol már áthaladt a maszk, a kiválasztott területeken a fényérzékeny tulajdonságai megváltoznak. Miután a maszk vezetjük fény, amely középpontjában a szubsztrát.
A pontos fókuszálás egy speciális rendszer lencsék vagy tükrök, amelyek nem egyszerűen csökkenthető, a kép faragott maszk, a chip mérete, hanem pontosan tudja vetíteni a munkadarabon. Nyomtatott lap, általában négyszer kisebb, mint a tényleges maszk.
Minden a kipufogó fotoreziszt (változtatni oldhatóságukat az intézkedés alapján sugárzás) eltávolítjuk egy kémiai oldat - vele együtt oldott és a megvilágított részén a szubsztrátum alatt a fotoreziszt. A hordozó egy részét, amely zárva volt a fény maszk feloldódik.
Ez képezi egy vezetőt, vagy a jövőben aktív elem - az eredmény ennek a megközelítésnek számos hiba minta minden réteg a mikroprocesszor.
Szigorúan véve, az összes korábbi lépést voltak szükségesek, hogy létrehozza a szükséges területen félvezetőszerkezet bevezetésével egy donor (n-típusú) vagy akceptor (p-típusú) szennyeződések.
Tegyük fel, hogy meg kell csinálni a szilícium területe hordozó koncentrációja p-típusú, azaz a p vezetési típusú zóna. Ahhoz, hogy ezt a lemezt kezeljük egy eszközt, melyet implantáló - bór ionok óriási energiát a magas égetett gyorsító és egyenletesen elosztja a nem védett területeken kialakított fotolitográfiai.
Amennyiben egy szigetelőt eltávolítottuk, az ionok behatolnak a szilíciumréteg nem védett - máskülönben „beragadt” a dielektrikum. A másik után maratás maradványok eltávolítására dielektromos, és a lemez a zónák, ahol van lokálisan bór.
Egyértelmű, hogy a modern processzorok lehet több, mint rétegek - ebben az esetben a megszerzett alak ismét nőtt dielektromos réteg, majd minden megy tovább a jól kitaposott úton - egy másik réteg fényvédő, fotolitográfiában folyamat (már egy új maszk), rézkarc, implantáció ... te megértettük.
A jellemző méret a tranzisztor most - 32 nm-es, és a hullámhossz, amely a feldolgozott szilícium - ez nem is normál fény és speciális ultraibolya excimer lézer - 193 nm. Ugyanakkor a törvények nem teszik lehetővé, hogy az optikai megoldása két tárgy található a parttól kisebb a hullámhossz fele. Ez történik, mivel a diffrakciós fény. Mit kell tenni?
Alkalmazni a különböző trükkök - például említetteken kívüli excimer lézereket csillogó messze az UV-tartományban, a modern fotolitográfiában alkalmazott többrétegű tükröződő optika speciális maszkok és különleges folyamat merítés (merítés) litográfia.
Logikai elemek vannak, amelyek a fotolitográfia folyamatot, kell csatlakoztatni egymáshoz. Ahhoz, hogy ezt a lemezt helyezünk egy réz-szulfát-oldatot, amelyben az elektromos áram „mosogató” a fennmaradó „átmegy” a fém atomok - eredményeként az elektrokémiai folyamat termel vezetőképes régiók, amelyek létre a kapcsolatot az egyes részek a processzor „logika”.
A felesleges áramvezető bevonat eltávolítjuk polírozás.
A legnehezebb része mögött. Továbbra is a trükkös módon, hogy csatlakoztassa a „maradványai” a tranzisztorok - az az elv, és szekvenciája az összes ezeket a vegyületeket (gumik) és az úgynevezett processzor.
Minden processzor, ezek a vegyületek különböző - akár áramkörök és úgy tűnik, hogy teljesen sík bizonyos esetekben lehet használni, akár 30 ezeknek a „drótok”.
Távolról (nagyon nagy nagyítás), minden úgy néz ki, mint egy futurisztikus útkereszteződésekben - és azért, mert valaki volt a golyó minták!
Amikor az ostya feldolgozás befejeződött, a lemezeket át a gyártási összeszerelés és tesztelés bolt. Ott kristályok át az első tesztet, és az, hogy adja át a vizsgálat (amely a túlnyomó többsége) vágunk ki a szubsztrátum egy speciális eszköz.
A következő lépésben a processzor van csomagolva egy hordozót (a képen - Intel Core i5 processzor, amely egy CPU és a chip HD-grafika).
Alapfelület kristály és hőeloszlás fedél egymáshoz - ez a termék van véve, mondván a „feldolgozó”.
A zöld szubsztrátot létrehoz egy elektromos és mechanikai interfész (villamosan összekötő szilikon chip a házhoz segítségével arany), amelynek köszönhetően lehetséges lesz telepíteni a processzor, hogy az alaplap socket - sőt, ez csak egy platform, amelyen az érintkezők vannak elválasztva egy kis chip.
Hő elosztó fedél egy hővezető, hűtés a processzor működés közben - ez fedelet érintkezni fog a hűtési rendszer, függetlenül attól, hogy egészséges vagy hidegebb radiátor waterblock.
Aljzat (CPU foglalat) - vagy réselt aljzat, szánt központi processzor.
A csatlakozó helyett a közvetlen kiforrasztó processzor az alaplap CPU egyszerűsíti helyettesítő frissítés, vagy a számítógép javítását.
A csatlakozó lehet kialakítva, hogy illeszkedjen a tényleges feldolgozó vagy a CPU-kártya (például, Pegasos). Minden csatlakozó lehetővé teszi a telepítést csak egy bizonyos típusú processzor vagy CPU-kártya.
Az utolsó szakaszban a gyártásra kész processzorok át végső tesztek való megfelelés alapvető jellemzőit - ha minden jól megy, a feldolgozók vannak rendezve a megfelelő sorrendben a speciális tálca - ebben a formában fog menni a termelő vagy feldolgozó megy OEM-értékesítés.
Még néhány párt lesz kapható a BOX-változat - egy gyönyörű dobozban leeresztő hűtési rendszer.
Most képzeljük el, hogy a cég bejelentette, például 20 új processzorok. Mindegyikük különböznek egymástól - a magok száma, cache mérete által támogatott technológia ...
Minden modell, a processzor használ egy bizonyos tranzisztorok száma (a milliók, sőt milliárd), az elv ötvözi az elemek ... És mindez kell tervezni és építeni / automatizálni - minták, lencsék, litográfiák, száz paramétereket minden egyes folyamat, vizsgálatok ...
És mindez kell dolgozni éjjel-nappal több gyárak ...
Ennek eredményeként, a készülék nem kínál hibahatár a munka, és a költségeket a fenti technológiai remekműveket kell a határokat a tisztesség.