Co se podílí na výrobě integrovaných obvodů?
Výroba integrovaných obvodů zahrnuje proces vytváření velmi tenkých povrchových vrstev polovodičového materiálu na vrcholu substrátové vrstvy, obvykle vyrobené z křemíku, které lze chemicky změnit na atomové úrovni, aby se vytvořila funkčnost různých typů součástí obvodu, včetně tranzistorů, kondenzátorů , rezistory a diody. Jedná se o pokrok v porovnání s předchozími návrhy obvodů, kde byly jednotlivé komponenty rezistorů, tranzistorů a další ručně připojeny k spojovací prkénku, aby vytvořily komplexní obvody. Proces výroby integrovaných obvodů pracuje se součástkami, které jsou tak malé, že od roku 2011 mohou být v oblasti několika čtverečních centimetrů vytvořeny miliardy, a to prostřednictvím různých procesů fotografie a leptání v zařízení na výrobu mikročipů.
Integrovaný obvod, neboli IC, čip je doslova vrstva polovodičového materiálu, kde jsou všechny součásti obvodu propojeny v jedné sérii výrobních procesů, takže všechny komponenty již nemusí být vyráběny jednotlivě a sestavovány později. Nejčasnější forma integrovaného obvodu mikročipů byla vyrobena v roce 1959 a byla hrubou sestavou několika desítek elektronických součástek. Sofistikovanost výroby integrovaných obvodů však exponenciálně vzrostla se stovkami komponent na čipech IC do 60. let a tisíci komponent do roku 1969, kdy byl vytvořen první skutečný mikroprocesor. Elektronické obvody mají od roku 2011 IC čipy několik centimetrů na délku nebo šířku, které mohou obsahovat miliony tranzistorů, kondenzátorů a dalších elektronických součástek. Mikroprocesory pro počítačové systémy a paměťové moduly, které obsahují převážně tranzistory, jsou od roku 2011 nej sofistikovanější formou čipů IC a mohou mít miliardy komponent na čtvereční centimetr.
Protože komponenty ve výrobě integrovaných obvodů jsou tak malé, jediným efektivním způsobem, jak je vytvořit, je použít procesy chemického leptání, které zahrnují reakce na povrchu oplatky při vystavení světlu. Pro obvod se vytvoří maska nebo druh vzoru a přes něj se leskne světlo na povrch oplatky, který je potažen tenkou vrstvou fotorezistového materiálu. Tato maska umožňuje vyleptávání vzorků do fotorezistu oplatky, který se potom peče při vysoké teplotě, aby se vzorek zpevnil. Materiál fotorezistu je poté vystaven rozpouštěcímu roztoku, který odstraňuje buď ozářenou oblast nebo maskovanou oblast povrchu v závislosti na tom, zda je materiál fotorezistu pozitivní nebo negativní chemický reaktant. Zůstává pozadu jemná vrstva vzájemně propojených komponent na šířce použité vlnové délky použitého světla, což může být ultrafialové světlo nebo rentgenové záření.
Po maskování zahrnuje výroba integrovaného obvodu dotování křemíku nebo implantaci jednotlivých atomů obvykle atomů fosforu nebo boru do povrchu materiálu, což dává místním oblastem krystalu buď kladný nebo záporný elektrický náboj. Tyto nabité oblasti jsou známé jako P a N regiony, a kde se setkávají, tvoří přenosové spojení pro vytvoření univerzální elektrické komponenty známé jako PN spojení. Takové křižovatky jsou od roku 2011 široké asi 1 000 až 100 nanometrů pro většinu integrovaných obvodů, což způsobuje, že každý PN spoj o velikosti lidské červené krvinky, která je zhruba 100 nanometrů na šířku. Proces vytváření PN spojů je chemicky upraven tak, aby vykazoval různé typy elektrických vlastností, což umožňuje, aby spojení fungovalo jako tranzistor, rezistor, kondenzátor nebo dioda.
Vzhledem k velmi jemné úrovni součástí a propojení mezi komponenty na integrovaných obvodech, když se proces rozpadá a jsou vadné komponenty, musí být celý oplatek vyhozen, protože nemůže být opraven. Tuto úroveň kontroly kvality zvyšuje až na ještě vyšší úroveň tím, že většina moderních čipů IC od roku 2011 sestává z mnoha vrstev integrovaných obvodů naskládaných na sobě a vzájemně propojených, aby se vytvořil samotný finální čip a poskytl mu více Procesní výkon. Mezi každou vrstvu obvodu musí být také umístěny izolační a kovové propojovací vrstvy, aby byl obvod funkční a spolehlivý.
Ačkoli se v procesu výroby integrovaných obvodů vyrábí mnoho vyřazovacích čipů, ty, které fungují jako finální produkty, které projdou elektrickým testováním a mikroskopické kontroly, jsou tak cenné, že činí tento proces vysoce výnosným. Integrované obvody nyní ovládají téměř všechna moderní elektronická zařízení používaná od roku 2011, od počítačů a mobilních telefonů po spotřební elektroniku, jako jsou televizory, hudební přehrávače a herní systémy. Jsou také nezbytnými součástmi řídicích systémů pro automobily a letadla a dalších digitálních zařízení, které nabízejí uživateli programovací úroveň, od digitálních budíků po termostaty prostředí.