¿Qué implica la fabricación de circuitos integrados?
La fabricación de circuitos integrados implica un proceso de creación de capas superficiales muy delgadas de material semiconductor sobre una capa de sustrato, generalmente hecha de silicio, que puede modificarse químicamente a nivel atómico para crear la funcionalidad de varios tipos de componentes de circuitos, incluidos transistores, condensadores , resistencias y diodos. Es un avance sobre los diseños de circuitos anteriores donde los componentes individuales de resistencias, transistores y más se unieron a mano a una placa de conexión para formar circuitos complejos. Un proceso de fabricación de circuito integrado funciona con componentes que son tan pequeños que se pueden crear miles de millones de ellos en un área de unos pocos centímetros cuadrados a partir de 2011, a través de varios procesos de fotograbado y grabado en una instalación de fabricación de microchips.
Un circuito integrado, o chip IC, es literalmente una capa de material semiconductor donde todos los componentes del circuito están interconectados en una serie de procesos de fabricación para que todos los componentes ya no necesiten fabricarse individualmente y ensamblarse más tarde. La primera forma de circuito integrado de microchip se produjo en 1959 y fue un conjunto crudo de varias docenas de componentes electrónicos. Sin embargo, la sofisticación de la fabricación de circuitos integrados aumentó exponencialmente, con cientos de componentes en chips IC en la década de 1960 y miles de componentes en 1969, cuando se creó el primer microprocesador verdadero. Los circuitos electrónicos a partir de 2011 tienen chips IC de unos centímetros de largo o ancho que pueden contener millones de transistores, condensadores y otros componentes electrónicos. Los microprocesadores para sistemas informáticos y módulos de memoria que contienen principalmente transistores son la forma más sofisticada de chips IC a partir de 2011, y pueden tener miles de millones de componentes por centímetro cuadrado.
Dado que los componentes en la fabricación de circuitos integrados son tan pequeños, la única forma efectiva de crearlos es usar un proceso químico de grabado que implique reacciones en la superficie de la oblea por exposición a la luz. Se crea una máscara o una especie de patrón para el circuito, y la luz brilla a través de él sobre la superficie de la oblea que está recubierta con una capa delgada de material fotorresistente. Esta máscara permite grabar patrones en la oblea fotorresistente que luego se hornea a alta temperatura para solidificar el patrón. El material fotorresistente se expone a una solución de disolución que elimina la región irradiada o la región enmascarada de la superficie, dependiendo de si el material fotorresistente es un reactivo químico positivo o negativo. Lo que queda es una fina capa de componentes interconectados a un ancho de la longitud de onda de la luz utilizada, que puede ser luz ultravioleta o rayos X.
Después del enmascaramiento, la fabricación de circuitos integrados implica el dopaje del silicio o la implantación de átomos individuales de átomos de fósforo o boro en la superficie del material, lo que da a las regiones locales del cristal una carga eléctrica positiva o negativa. Estas regiones cargadas se conocen como regiones P y N y, donde se encuentran, forman una unión de transmisión para crear un componente eléctrico universal conocido como unión PN. Tales uniones tienen alrededor de 1,000 a 100 nanómetros de ancho a partir de 2011 para la mayoría de los circuitos integrados, lo que hace que cada unión PN sea aproximadamente del tamaño de un glóbulo rojo humano, que tiene aproximadamente 100 nanómetros de ancho. El proceso de creación de uniones PN se adapta químicamente para exhibir varios tipos de propiedades eléctricas, lo que hace posible que la unión actúe como un transistor, resistencia, condensador o diodo.
Debido al nivel muy fino de componentes y conexiones entre componentes en circuitos integrados, cuando el proceso se descompone y hay componentes defectuosos, la oblea completa debe desecharse ya que no puede repararse. Este nivel de control de calidad se eleva a un nivel aún más alto por el hecho de que los chips IC más modernos a partir de 2011 consisten en muchas capas de circuitos integrados apilados uno encima del otro y conectados entre sí para crear el chip final y darle más poder de procesamiento. Las capas de interconexión metálica y aislante también se deben colocar entre cada capa del circuito, así como para que el circuito sea funcional y confiable.
Aunque muchos chips de rechazo se producen en el proceso de fabricación de circuitos integrados, los que funcionan como productos finales que pasan las pruebas eléctricas y las inspecciones de microscopio son tan valiosos que hacen que el proceso sea altamente rentable. Los circuitos integrados ahora controlan casi todos los dispositivos electrónicos modernos en uso desde 2011, desde computadoras y teléfonos celulares hasta productos electrónicos de consumo, como televisores, reproductores de música y sistemas de juegos. También son componentes esenciales de los sistemas de control de automóviles y aviones y otros dispositivos digitales que ofrecen un nivel de capacidad de programación para el usuario, que van desde despertadores digitales hasta termostatos ambientales.