Vad är involverat i integrerad kretstillverkning?
Integrerad kretstillverkning innefattar en process för att skapa mycket tunna ytlager av halvledande material ovanpå ett substratlager, vanligtvis gjord av kisel, som kan förändras kemiskt på atomnivå för att skapa funktionaliteten för olika typer av kretskomponenter, inklusive transistorer, kondensatorer , motstånd och dioder. Det är ett framsteg jämfört med tidigare kretskonstruktioner där enskilda komponenter i motstånd, transistorer och mer handfästades på en anslutande brödskiva för att bilda komplexa kretsar. En integrerad kretstillverkningsprocess fungerar med komponenter som är så små att miljarder av dem kan skapas i ett område på några kvadratcentimeter från och med 2011 genom olika fotolitografi och etsningsprocesser i en mikrochiptillverkningsanläggning.
En integrerad krets, eller IC, chip är bokstavligen ett lager halvledande material där alla kretskomponenter är sammankopplade i en serie tillverkningsprocesser så att alla komponenter inte längre behöver tillverkas individuellt och monteras senare. Den tidigaste formen av integrerad mikrochipkrets producerades 1959 och var en rå sammansättning av flera dussin elektroniska komponenter. Förfining av integrerad kretstillverkning ökade dock exponentiellt med hundratals komponenter på IC-chips vid 1960-talet och tusentals komponenter år 1969 då den första riktiga mikroprocessorn skapades. Elektroniska kretsar från och med 2011 har IC-chip några centimeter i längd eller bredd som kan rymma miljoner transistorer, kondensatorer och andra elektroniska komponenter. Mikroprocessorer för datorsystem och minnesmoduler som mestadels innehåller transistorer är den mest sofistikerade formen av IC-chips från och med 2011 och kan ha miljarder komponenter per kvadratcentimeter.
Eftersom komponenterna i tillverkning av integrerad krets är så små är det enda effektiva sättet att skapa dem att använda kemiska etsningsprocesser som involverar reaktioner på skivytan från exponering för ljus. En mask eller ett slags mönster skapas för kretsen, och ljus strålas genom den på skivans yta som är belagd med ett tunt lager av fotoresistmaterial. Denna mask gör det möjligt att etsas i mönsterfotoresisten som sedan bakas vid en hög temperatur för att stelna mönstret. Fotoresistmaterialet exponeras sedan för en upplösande lösning som avlägsnar antingen det bestrålade området eller det maskerade området på ytan beroende på om fotoresistmaterialet är en positiv eller negativ kemisk reaktant. Det som finns kvar är ett fint lager av sammankopplade komponenter med en bredd på ljusets våglängd som kan vara antingen ultraviolett ljus eller röntgenstrålar.
Efter maskering involverar tillverkning av integrerad krets dopning av kisel eller implantering av enskilda atomer av vanligtvis fosfor eller boratomer i materialets yta, vilket ger lokala områden på kristallen antingen en positiv eller negativ elektrisk laddning. Dessa laddade regioner är kända som P- och N-regioner, och, där de möts, bildar de en transmissionskorsning för att skapa en universell elektrisk komponent känd som en PN-korsning. Sådana korsningar är cirka 1 000 till 100 nanometer breda från och med 2011 för de flesta integrerade kretsar, vilket gör varje PN-korsning ungefär storleken på en mänsklig röd blodcell, som är ungefär 100 nanometer i bredd. Processen att skapa PN-korsningar är skräddarsydd kemiskt för att uppvisa olika typer av elektriska egenskaper, vilket gör det möjligt för korsningen att fungera som en transistor, motstånd, kondensator eller diod.
På grund av den mycket fina nivån på komponenter och anslutningar mellan komponenter på integrerade kretsar, när processen går sönder och det finns felaktiga komponenter, måste hela skivan kastas bort eftersom den inte kan repareras. Denna nivå av kvalitetskontroll höjs upp till en ännu högre nivå av det faktum att de flesta moderna IC-chips från och med 2011 består av många lager av integrerade kretsar staplade ovanpå varandra och anslutna till varandra för att skapa det slutliga chipet och ge det mer process kraft. Isolerande och metalliska sammankopplingslager måste också placeras mellan varje kretslager, så att kretsen fungerar och tillförlitlig.
Även om många avvisande chips produceras i processen för tillverkning av integrerad krets, är de som fungerar som slutprodukter som klarar elektriska tester och mikroskopinspektioner så värdefulla att det gör processen mycket lönsam. Integrerade kretsar styr nu nästan alla moderna elektroniska apparater som används från och med 2011, från datorer och mobiltelefoner till konsumentelektronik såsom tv-apparater, musikspelare och spelsystem. De är också väsentliga komponenter i bil- och flygplanskontrollsystem och andra digitala enheter som erbjuder användaren en programmeringsnivå, allt från digitala väckarklockor till miljötermostater.