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Come si realizza un circuito integrato?

Come si realizza un circuito integrato?


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Il computer ENIAC utilizzava 18.000 tubi a vuoto, era lungo 100 piedi e pesava 30 tonnellate, ma non è nemmeno vicino ad essere potente come il circuito integrato che alimenta una calcolatrice tascabile acquistata in un discount. La miniaturizzazione dell'elettronica come il transistor sul circuito integrato rende possibile gran parte del mondo moderno. Ma se uno di questi circuiti racchiude miliardi di transistor sul chip di silicio che si adatta ai nostri smartphone, devono essere ridicolmente piccoli, quindi come si fa a realizzare un circuito integrato in primo luogo?

Quindi, come puoi immaginare, montare miliardi di transistor e altri componenti su un chip di silicio non è come saldare fili a un cavo, è un processo molto più complesso.

Purificante Il Silicio

Innanzitutto, è necessario preparare il silicio che si desidera utilizzare per il circuito. Il circuito non funziona se ci sono impurità in eccesso nel chip di silicio, quindi queste devono essere rimosse prima di fare qualsiasi altra cosa.

VEDI ANCHE: NIENTE PIÙ TRANSISTORI: LA FINE DELLA LEGGE DI MOORE

Per fare ciò, un lingotto di silicio di qualsiasi diametro compreso tra 1,5 pollici e 4 pollici viene tenuto verticalmente all'interno di una camera a vuoto con una serpentina di riscaldamento capace di temperature molto elevate che circonda il lingotto.

A partire dalla sommità del lingotto, il silicio viene riscaldato fino a raggiungere i suoi 1400 ° C (2550 ° F circa), il punto di fusione. Solo la tensione superficiale del silicio fuso lo mantiene in posizione al fine di evitare qualsiasi contaminazione e qualsiasi impurità presente nel silicio fuso inizi a depositarsi sul fondo della sezione fusa.

La bobina quindi si sposta lentamente lungo il lingotto, fondendo la regione al di sotto delle impurità che si depositano in modo che si depositino ulteriormente, trascinando efficacemente le impurità lungo la lunghezza del lingotto.

Quando la serpentina di riscaldamento raggiunge il fondo stesso del lingotto, quasi tutte le impurità sono state concentrate in questa sezione più in basso, che viene tagliata dal lingotto e scartata.

Quello che ti rimane è un lingotto di cristallo di silicio purificato.

Preparazione delle cialde per incisione

Successivamente, un sottile wafer circolare di spessore compreso tra 0,01 e 0,025 pollici viene tagliato dal lingotto e il lato del wafer su cui verranno incisi i circuiti viene finemente lucidato.

Il wafer viene sottoposto a diverse atmosfere di pressione e fatto saltare con vapore riscaldato a circa 1830 ° F (1000 ° C). Ciò consente all'ossigeno nel vapore di reagire con il silicio per formare uno strato di biossido di silicio, la cui larghezza è controllata dalla temperatura e dalla durata dell'esposizione.

Successivamente, viene preparata una maschera del progetto del circuito che si desidera imprimere sul wafer. Ogni wafer alla fine conterrà centinaia di circuiti individuali su di essi, ciascuno con dettagli nanometrici, quindi la maschera del circuito viene preparata su un software di disegno per computer specializzato per assistere gli ingegneri.

Successivamente, una goccia di fotoresist viene posta al centro del wafer che viene poi filata molto rapidamente. La forza centrifuga della filatura distribuisce uniformemente il fotoresist sul wafer per formare uno strato sottile. Il wafer viene quindi cotto di nuovo per impostare il fotoresist sulla superficie del wafer.

La maschera per il primo strato del chip viene quindi ridotta otticamente utilizzando una lente sulla superficie del wafer. La maschera è chiara in alcune zone e opaca in tutto il resto, creando l'impressione del disegno del circuito.

Incisione e Doping del Wafer

La superficie del wafer viene sabbiata con luce UV o raggi X, poiché queste sono le uniche forme di luce con lunghezze d'onda sufficientemente piccole da irradiare le regioni trasparenti, non mascherate e spesse nanometriche del wafer.

La maschera viene tolta e il fotoresist viene sciolto. A seconda del materiale, le parti mascherate del wafer vengono sciolte, lasciando le parti trasparenti, o viceversa. In ogni caso, il design dello strato è stato efficacemente inciso nel wafer di silicio.

Il prossimo è il processo di doping. Ciò avviene in due modi: diffusione atomica o impianto ionico.

Con la diffusione atomica, diversi wafer vengono posti in un forno al quarzo a forma di tubo con un elemento riscaldante tutt'intorno. Questo riscaldatore aumenta la temperatura del forno a dovunque da 1500-2200 ° F (816-1205 ° C).

Tale elemento viene pompato nel forno come un gas che ricopre la superficie dei wafer, depositando il drogante sulle superfici esposte del silicio riscaldato che sono state lasciate dalla maschera.

Questo metodo è utilizzato al meglio per drogare ampie aree di silicio per creare uno strato di regioni P o N, ma non è adatto per lavori di precisione. Questo è lasciato all'impianto ionico.

Nell'impianto ionico, un gas drogante viene ionizzato e focalizzato in un raggio che viene quindi sparato in una posizione specifica del wafer di silicio, con gli ioni che penetrano ovunque colpisca il silicio.

È possibile controllare la profondità di penetrazione variando il livello di energia fornita al fascio mentre la quantità di drogante impiantato può essere controllata alterando la corrente nel fascio e il tempo di esposizione del wafer al fascio.

Questo metodo è molto preciso ma è notevolmente più lento della diffusione atomica quando è necessario drogare grandi aree.

Dopo che uno strato è completo, lo strato successivo viene creato esattamente allo stesso modo del primo sebbene a volte uno strato di biossido di silicio viene aggiunto tra gli strati per isolare gli strati l'uno dall'altro.

Questo viene fatto riscaldando la superficie del wafer a circa 752 ° F (400 ° C) e coprendo il wafer con una miscela di silano e ossigeno gassoso. Questi gas reagiscono tra loro e depositano uno strato di biossido di silicio sulle parti esposte del wafer riscaldato.

Dopo che tutti gli strati sono stati depositati nel wafer di silicio, viene utilizzato uno strato finale di biossido di silicio per sigillare la superficie del circuito, mentre l'incisione espone le posizioni di contatto e uno strato di alluminio utilizzato per creare i pad.

I singoli circuiti integrati vengono testati elettricamente per assicurarne il corretto funzionamento.

Rompere il wafer e rifinire i singoli circuiti integrati

Utilizzando una taglierina a diamante, le linee perforate vengono tagliate tra le file e le colonne dei circuiti integrati. Quindi, è solo una questione di stressare il wafer affinché i singoli pezzi si rompano lungo le perforazioni.

I circuiti che non hanno superato il test di funzionalità elettrica vengono scartati e i circuiti integrati rimanenti vengono ispezionati al microscopio per verificare la presenza di danni fisici causati dalla separazione.

Se un circuito funziona correttamente, viene quindi fissato all'interno del suo pacchetto di montaggio - in plastica nera o ceramica - e i fili sottili vengono collegati mediante compressione termica o utilizzando una tecnica di incollaggio a ultrasuoni.

Il circuito integrato, ora completo, viene immagazzinato in un sacchetto antistatico per essere confezionato per la vendita o la spedizione.

Non è esattamente intagliare il tuo nome in un albero, ma per un processo che ci consente di incidere miliardi di componenti su un chip più piccolo dell'unghia, avrebbe potuto essere molto più complicato. Considerando come il circuito integrato alimenta così tanto la nostra vita moderna, dovremmo essere grati che non lo sia.


Guarda il video: Come realizzare un accensione LED con un Impianto Fotovoltaico senza rete elettrica (Potrebbe 2022).


Commenti:

  1. Daine

    Fufa guardò

  2. Athangelos

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  3. Rowtag

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  6. Keshicage

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    Torneremo all'argomento



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