สิ่งที่เกี่ยวข้องกับการผลิตวงจรรวม?

การประดิษฐ์วงจรรวมนั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้างชั้นผิวบาง ๆ ของวัสดุสารกึ่งตัวนำบนชั้นสารตั้งต้นซึ่งมักทำจากซิลิกอนซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับอะตอมเพื่อสร้างการทำงานของส่วนประกอบวงจรประเภทต่างๆรวมถึงทรานซิสเตอร์ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทานและไดโอด มันเป็นล่วงหน้ามากกว่าการออกแบบวงจรก่อนหน้านี้ที่แต่ละองค์ประกอบของตัวต้านทาน, ทรานซิสเตอร์, และอื่น ๆ ถูกแนบมือกับเขียงหั่นขนมเชื่อมต่อเพื่อสร้างวงจรที่ซับซ้อน กระบวนการผลิตวงจรรวมทำงานร่วมกับส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กมากจนสามารถสร้างได้หลายพันล้านชิ้นในพื้นที่ไม่กี่ตารางเซนติเมตรในปี 2554 ผ่านการพิมพ์ภาพและการแกะสลักในสถานที่ผลิตชิปขนาดเล็ก

วงจรรวมหรือ IC ชิปเป็นชั้นของสารกึ่งตัวนำที่ส่วนประกอบของวงจรทั้งหมดเชื่อมต่อกันในกระบวนการผลิตหนึ่งชุดเพื่อให้ส่วนประกอบทั้งหมดไม่จำเป็นต้องผลิตแยกต่างหากและประกอบในภายหลัง รูปแบบแรกสุดของวงจรรวมไมโครชิพถูกผลิตขึ้นในปี 2502 และเป็นการรวมตัวกันของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลายโหล ความซับซ้อนของการผลิตวงจรรวมเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณอย่างไรก็ตามมีส่วนประกอบหลายร้อยชิ้นบนชิป IC ในปี 1960 และส่วนประกอบหลายพันในปี 1969 เมื่อมีการสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรก วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในปี 2011 มีชิป IC ที่มีความยาวหรือความกว้างไม่กี่เซนติเมตรซึ่งสามารถเก็บทรานซิสเตอร์ตัวเก็บประจุและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ได้นับล้าน ไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับระบบคอมพิวเตอร์และโมดูลหน่วยความจำที่มีทรานซิสเตอร์เป็นส่วนใหญ่เป็นรูปแบบที่ซับซ้อนที่สุดของชิป IC ในปี 2011 และสามารถมีส่วนประกอบหลายพันล้านชิ้นต่อตารางเซนติเมตร

เนื่องจากส่วนประกอบในการประดิษฐ์วงจรรวมมีขนาดเล็กเพียงวิธีเดียวที่มีประสิทธิภาพในการสร้างพวกมันคือการใช้กระบวนการแกะสลักสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์จากการสัมผัสกับแสง หน้ากากหรือลวดลายถูกสร้างขึ้นสำหรับวงจรและแสงจะส่องผ่านไปยังพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซึ่งเคลือบด้วยวัสดุชั้นบาง ๆ มาสก์นี้ช่วยให้สามารถฝังลวดลายลงใน photoresist ของเวเฟอร์แล้วนำไปอบที่อุณหภูมิสูงเพื่อทำให้รูปแบบแข็งตัว จากนั้นวัสดุ photoresist จะสัมผัสกับสารละลายที่ละลายซึ่งจะกำจัดบริเวณที่ถูกฉายรังสีหรือบริเวณที่ถูกปกคลุมของพื้นผิวขึ้นอยู่กับว่าวัสดุ photoresist นั้นเป็นตัวทำปฏิกิริยาเคมีเชิงบวกหรือเชิงลบ สิ่งที่เหลืออยู่คือเลเยอร์ที่ดีของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อถึงกันที่ความกว้างของความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งแสงอุลตร้าไวโอเลตหรือรังสีเอกซ์

หลังจากการปิดบังการประดิษฐ์วงจรรวมนั้นเกี่ยวข้องกับการเติมซิลิคอนหรือการฝังของอะตอมแต่ละอะตอมที่มีฟอสฟอรัสหรือโบรอนเป็นอะตอมในพื้นผิวของวัสดุซึ่งจะทำให้ประจุในพื้นที่มีประจุเป็นบวกหรือลบ ภูมิภาคที่มีประจุเหล่านี้เรียกว่าภูมิภาค P และ N และที่ซึ่งพวกมันพบจะเกิดเป็นชุมทางส่งสัญญาณเพื่อสร้างส่วนประกอบทางไฟฟ้าอเนกประสงค์ที่เรียกว่าทางแยก PN ทางแยกดังกล่าวมีความกว้างประมาณ 1,000 ถึง 100 นาโนเมตรในปี 2011 สำหรับวงจรรวมส่วนใหญ่ซึ่งจะทำให้แต่ละ PN ทางแยกเกี่ยวกับขนาดของเซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์ซึ่งมีความกว้างประมาณ 100 นาโนเมตร กระบวนการสร้างทางแยก PN นั้นถูกปรับแต่งทางเคมีเพื่อแสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ ทำให้ทางแยกนั้นทำหน้าที่เป็นทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานตัวเก็บประจุหรือไดโอด

เนื่องจากส่วนประกอบและการเชื่อมต่อระดับดีมากระหว่างส่วนประกอบในวงจรรวมเมื่อกระบวนการแตกตัวและมีส่วนประกอบที่ผิดพลาดเวเฟอร์ทั้งหมดจะต้องถูกโยนทิ้งไปเนื่องจากไม่สามารถซ่อมแซมได้ การควบคุมคุณภาพระดับนี้จะเพิ่มขึ้นไปสู่ระดับที่สูงขึ้นโดยความจริงที่ว่าชิป IC ที่ทันสมัยที่สุดในปี 2011 ประกอบด้วยวงจรรวมหลาย ๆ ชั้นซ้อนกันบนยอดกันและเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างชิปสุดท้ายและให้มากขึ้น พลังการประมวลผล จะต้องวางเลเยอร์การเชื่อมต่อที่เป็นฉนวนและโลหะระหว่างแต่ละชั้นของวงจรรวมทั้งเพื่อให้วงจรทำงานและเชื่อถือได้

แม้ว่าจะมีการผลิตชิปคัดแยกจำนวนมากในกระบวนการผลิตวงจรรวม แต่ชิปที่ทำหน้าที่เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ผ่านการทดสอบทางไฟฟ้าและการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์นั้นมีค่ามากจนทำให้กระบวนการนี้ทำกำไรได้สูง วงจรรวมตอนนี้ควบคุมเกือบทุกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยในการใช้เป็นของปี 2011 จากคอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นโทรทัศน์เครื่องเล่นเพลงและระบบเกม พวกเขายังเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบควบคุมรถยนต์และเครื่องบินและอุปกรณ์ดิจิตอลอื่น ๆ ที่มอบความสามารถในการตั้งโปรแกรมให้กับผู้ใช้ตั้งแต่นาฬิกาปลุกดิจิตอลจนถึงอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม