Hvad er involveret i integreret kredsløbsproduktion?
Integreret kredsløbsproduktion involverer en proces med at skabe meget tynde overfladelag af halvledende materiale oven på et substratlag, normalt lavet af silicium, som kan ændres kemisk på atomniveau for at skabe funktionaliteten af forskellige typer kredsløbskomponenter, herunder transistorer, kondensatorer , modstande og dioder. Det er et fremskridt i forhold til tidligere kredsløbskonstruktioner, hvor individuelle komponenter af modstande, transistorer og mere blev håndfastgjort til et forbindende brødbræt for at danne komplekse kredsløb. En fremstillingsproces med integreret kredsløb fungerer med komponenter, der er så små, at milliarder af dem kan oprettes i et område på et par kvadratcentimeter fra 2011 gennem forskellige fotolithografi og ætsningsprocesser i et mikrochip-fabrikationsanlæg.
Et integreret kredsløb, eller IC, chip er bogstaveligt talt et lag halvledende materiale, hvor alle kredsløbskomponenter er forbundet med hinanden i en række produktionsprocesser, så alle komponenter ikke længere behøver at blive fremstillet individuelt og samlet senere. Den tidligste form for integreret mikrochipkredsløb blev produceret i 1959 og var en rå samling af flere dusin elektroniske komponenter. Raffinementet ved fremstilling af integreret kredsløb steg imidlertid eksponentielt med hundreder af komponenter på IC-chips i 1960'erne og tusinder af komponenter i 1969, da den første ægte mikroprocessor blev oprettet. Elektroniske kredsløb fra 2011 har IC-chips nogle få centimeter i længde eller bredde, der kan indeholde millioner af transistorer, kondensatorer og andre elektroniske komponenter. Mikroprocessorer til computersystemer og hukommelsesmoduler, der hovedsageligt indeholder transistorer, er den mest sofistikerede form af IC-chips fra 2011 og kan have milliarder af komponenter pr. Kvadratcentimeter.
Da komponenterne i fremstilling af integreret kredsløb er så små, er den eneste effektive måde at skabe dem på at bruge en kemisk ætsningsproces, der involverer reaktioner på skiveoverfladen fra udsættelse for lys. Der oprettes en maske eller en slags mønster til kredsløbet, og lys skinner gennem det på skivens overflade, som er belagt med et tyndt lag fotoresistmateriale. Denne maske gør det muligt at ætses mønstre i skivefotoresisten, som derefter bages ved en høj temperatur for at størkne mønsteret. Fotoresistmaterialet udsættes derefter for en opløsende opløsning, der fjerner enten det bestrålede område eller det maskerede område af overfladen, afhængigt af om fotoresistmaterialet er en positiv eller negativ kemisk reaktant. Det, der er tilbage, er et fint lag af sammenkoblede komponenter i en bredde af den anvendte bølgelængde, der kan være ultraviolet lys eller røntgenstråler.
Efter maskering involverer integreret kredsløbsproduktion doping af silicium eller implantation af individuelle atomer af normalt fosfor eller boratomer i overfladen af materialet, hvilket giver lokale regioner på krystallen enten en positiv eller negativ elektrisk ladning. Disse ladede regioner er kendt som P- og N-regioner, og hvor de mødes, danner de et transmissionsknudepunkt for at skabe en universel elektrisk komponent kendt som et PN-kryds. Sådanne forbindelser er ca. 1.000 til 100 nanometer brede fra og med 2011 for de fleste integrerede kredsløb, hvilket gør hvert PN-kryds omkring størrelsen af en menneskelig rød blodlegeme, som er omtrent 100 nanometer i bredden. Processen med at skabe PN-knudepunkter er skræddersyet kemisk til at udvise forskellige typer af elektriske egenskaber, hvilket gør det muligt for krydset at fungere som en transistor, modstand, kondensator eller diode.
På grund af det meget fine niveau af komponenter og forbindelser mellem komponenter på integrerede kredsløb, når processen går i stykker og der er defekte komponenter, skal hele skiven smides væk, da den ikke kan repareres. Dette niveau af kvalitetskontrol hæmmes op til et endnu højere niveau ved, at de fleste moderne IC-chips fra 2011 består af mange lag integrerede kredsløb stablet oven på hinanden og forbundet til hinanden for at skabe den endelige chip og give den mere forarbejdningskraft. Isolerende og metalliske sammenkoblingslag skal også placeres mellem hvert kredsløbslag, så det er muligt at gøre kredsløbet funktionelt og pålideligt.
Selvom der produceres mange afvisningschips i fremstillingsprocessen for integreret kredsløb, er dem der fungerer som slutprodukter, der gennemfører elektrisk test og mikroskopinspektioner, så værdifulde, at det gør processen meget rentabel. Integrerede kredsløb styrer nu næsten alle moderne elektroniske enheder, der er i brug fra 2011, fra computere og mobiltelefoner til forbrugerelektronik såsom fjernsyn, musikafspillere og spilsystemer. De er også væsentlige komponenter i bil- og flykontrolsystemer og andre digitale enheder, der tilbyder et niveau af programmeringsevne for brugeren, lige fra digitale vækkeure til miljømæssige termostater.