Hva er involvert i integrert kretsproduksjon?

Produksjon av integrert krets innebærer en prosess for å lage veldig tynne overflatelag av halvledende materiale på toppen av et underlag, vanligvis laget av silisium, som kan endres kjemisk på atomnivå for å skape funksjonaliteten til forskjellige typer kretskomponenter, inkludert transistorer, kondensatorer , motstander og dioder. Det er et fremskritt i forhold til tidligere kretsløpdesign der individuelle komponenter av motstander, transistorer og mer ble håndfestet til en tilkoblende brødplate for å danne komplekse kretsløp. En integrert kretsfremstillingsprosess fungerer med komponenter som er så små at milliarder av dem kan opprettes i et område på noen få kvadratcentimeter fra og med 2011, gjennom forskjellige fotolithografier og etseprosesser i et mikrofliseproduksjonsanlegg.

En integrert krets, eller IC, brikke er bokstavelig talt et lag halvledende materiale der alle kretskomponentene er koblet sammen i en serie produksjonsprosesser, slik at alle komponentene ikke lenger trenger å produseres individuelt og settes sammen senere. Den tidligste formen for integrert mikrochipkrets ble produsert i 1959 og var en rå samling av flere dusin elektroniske komponenter. Raffinementet av produksjon av integrerte kretser økte imidlertid eksponentielt med hundrevis av komponenter på IC-brikker på 1960-tallet, og tusenvis av komponenter innen 1969 da den første ekte mikroprosessoren ble opprettet. Elektroniske kretsløp fra og med 2011 har IC-brikker noen centimeter i lengde eller bredde som kan inneholde millioner av transistorer, kondensatorer og andre elektroniske komponenter. Mikroprosessorer for datasystemer og minnemoduler som hovedsakelig inneholder transistorer er den mest sofistikerte formen for IC-brikker fra og med 2011, og kan ha milliarder av komponenter per kvadratcentimeter.

Siden komponentene i produksjon av integrert kretsløp er så små, er den eneste effektive måten å lage dem på å bruke kjemiske etseprosesser som involverer reaksjoner på skiveoverflaten fra eksponering for lys. Det skapes en maske eller en slags mønster for kretsen, og lys lyses gjennom den på skivens overflate som er belagt med et tynt lag med fotoresistmateriale. Denne masken gjør det mulig å etse mønstre i skivefotoresisten som deretter bakes ved en høy temperatur for å størkne mønsteret. Fotoresistmaterialet blir deretter utsatt for en oppløselig løsning som fjerner enten det bestrålte området eller det maskerte området på overflaten, avhengig av om fotoresistmaterialet er en positiv eller negativ kjemisk reaktant. Det som blir igjen er et fint lag med sammenkoblede komponenter i en bredde av bølgelengden til lys som brukes, som kan være ultrafiolett lys eller røntgenstråler.

Etter maskering involverer integrert kretsfremstilling doping av silisium eller implantasjon av individuelle atomer av vanligvis fosfor eller boratomer i overflaten av materialet, noe som gir lokale områder på krystallen enten en positiv eller negativ elektrisk ladning. Disse ladede regionene er kjent som P- og N-regioner, og hvor de møtes danner de et overføringspunkt for å lage en universell elektrisk komponent kjent som et PN-kryss. Slike veikryss er omtrent 1000 til 100 nanometer brede fra og med 2011 for de fleste integrerte kretsløp, noe som gjør hvert PN-veikryss omtrent på størrelse med en menneskelig rød blodcelle, som er omtrent 100 nanometer i bredden. Prosessen med å lage PN-veikryss tilpasses kjemisk for å utvise forskjellige typer elektriske egenskaper, noe som gjør det mulig for krysset å fungere som en transistor, motstand, kondensator eller diode.

På grunn av det meget fine nivået av komponenter og tilkoblinger mellom komponenter på integrerte kretsløp, når prosessen bryter sammen og det er defekte komponenter, må hele skiven kastes, siden den ikke kan repareres. Dette nivået av kvalitetskontroll blir hevet opp til et enda høyere nivå ved at de fleste moderne IC-brikker fra og med 2011 består av mange lag med integrerte kretsløp stablet oppå hverandre og koblet til hverandre for å lage den endelige brikken og gi den mer prosessorkraft. Isolerende og metalliske sammenkoblingslag må også plasseres mellom hvert kretslag, samt for å gjøre kretsen funksjonell og pålitelig.

Selv om det produseres mange avslagbrikker i den integrerte kretsfremstillingsprosessen, er de som fungerer som sluttprodukter som består elektrisk testing og mikroskopinspeksjoner så verdifulle at det gjør prosessen svært lønnsom. Integrerte kretsløp kontrollerer nå nesten alle moderne elektroniske enheter som er i bruk fra og med 2011, fra datamaskiner og mobiltelefoner til forbrukerelektronikk som TV-apparater, musikkspillere og spillsystemer. De er også viktige komponenter i bil- og flykontrollsystemer og andre digitale enheter som tilbyr et programmeringsnivå for brukeren, alt fra digitale vekkerklokker til miljømessige termostater.