Uzalishaji wa microcircuits ni jambo gumu sana, na kufungwa kwa soko hili kunaagizwa hasa na vipengele vya teknolojia kubwa ya upigaji picha leo. Mizunguko ya elektroniki ya microscopic inakadiriwa kwenye kaki ya silicon kwa njia ya picha, gharama ya kila moja ambayo inaweza kufikia $ 200,000. Wakati huo huo, angalau masks 50 kama hayo yanahitajika kufanya chip moja. Ongeza kwa hili gharama ya "jaribio na kosa" wakati wa kuendeleza mifano mpya, na utaelewa kuwa makampuni makubwa tu yanaweza kuzalisha wasindikaji kwa kiasi kikubwa sana.

Maabara za kisayansi na vianzio vya hali ya juu vinavyohitaji miundo isiyo ya kawaida vinapaswa kufanya nini? Tufanye nini kwa wanajeshi, ambao ununuzi wa wasindikaji kutoka kwa "adui anayewezekana" ni, kuiweka kwa upole, sio kuja il faut?

Tulitembelea tovuti ya uzalishaji ya Kirusi ya kampuni ya Uholanzi Mapper, shukrani ambayo uzalishaji wa microcircuits unaweza kuacha kuwa mengi ya mbinguni na kugeuka kuwa shughuli kwa wanadamu tu. Naam, au karibu rahisi. Hapa, kwenye eneo la Technopolis ya Moscow, kwa msaada wa kifedha wa Shirika la Rusnano, sehemu muhimu ya teknolojia ya Mapper inazalishwa - mfumo wa elektroni-macho.

Walakini, kabla ya kuelewa nuances ya maandishi ya maandishi ya Mapper, inafaa kukumbuka misingi ya upigaji picha wa kawaida.

Mwanga Mgumu

Kwenye processor ya kisasa Intel Core i7 inaweza kubeba takriban bilioni 2 transistors (kulingana na mfano), ambayo kila moja ni 14 nm kwa ukubwa. Katika harakati za nguvu ya kompyuta Wazalishaji kila mwaka hupunguza ukubwa wa transistors na kuongeza idadi yao. Kikomo cha kiteknolojia kinachowezekana katika mbio hii kinaweza kuzingatiwa 5 nm: kwa umbali kama huo athari za quantum huanza kuonekana, kwa sababu ambayo elektroni katika seli za jirani zinaweza kuishi bila kutabirika.

Ili kuweka miundo ya semicondukta ndogo kwenye kaki ya silicon, hutumia mchakato sawa na kutumia kikuza picha. Isipokuwa lengo lake ni kinyume - kufanya picha iwe ndogo iwezekanavyo. Sahani (au filamu ya kinga) imefunikwa na photoresist - nyenzo ya picha ya polymer ambayo hubadilisha mali yake inapowashwa na mwanga. Mchoro wa chip unaohitajika unaonyeshwa kwa mpiga picha kupitia mask na lensi ya kukusanya. Kaki zilizochapishwa kwa kawaida ni ndogo mara nne kuliko vinyago.

Dutu kama vile silicon au germanium zina elektroni nne katika kiwango cha nishati ya nje. Wanaunda fuwele nzuri zinazofanana na chuma. Lakini, tofauti na chuma, hawafanyi umeme: elektroni zao zote zinahusika katika vifungo vyenye nguvu na haziwezi kusonga. Walakini, kila kitu kinabadilika ikiwa unawaongezea uchafu mdogo wa wafadhili kutoka kwa dutu iliyo na elektroni tano kwenye kiwango cha nje (fosforasi au arseniki). Elektroni nne huungana na silicon, na kuacha moja bila malipo. Silicon yenye uchafu wa wafadhili (n-aina) ni kondakta mzuri. Ikiwa unaongeza uchafu wa kikubali kutoka kwa dutu iliyo na elektroni tatu kwenye ngazi ya nje (boroni, indium) hadi silicon, "mashimo" huundwa kwa njia sawa, analog ya kawaida ya malipo mazuri. Katika kesi hii, tunazungumza juu ya semiconductor ya aina ya p. Kwa kuunganisha waendeshaji wa p- na n-aina, tunapata diode - kifaa cha semiconductor ambacho hupita sasa katika mwelekeo mmoja tu. mchanganyiko wa p-n-p au n-p-n inatupa transistor - sasa inapita kwa njia hiyo tu ikiwa voltage fulani inatumiwa kwa conductor kati.

Mgawanyiko wa mwanga hufanya marekebisho yake mwenyewe kwa mchakato huu: boriti, ikipitia mashimo ya mask, inarudiwa kidogo, na badala ya nukta moja, safu ya miduara ya umakini hufichuliwa, kana kwamba kutoka kwa jiwe lililotupwa kwenye dimbwi. . Kwa bahati nzuri, diffraction inahusiana kinyume na urefu wa wimbi, ambayo ni nini wahandisi huchukua faida kwa kutumia mwanga wa ultraviolet na wavelength ya 195 nm. Mbona hata kidogo? Ni tu kwamba wimbi fupi halitazuiliwa na lens ya kukusanya, mionzi itapita bila kuzingatia. Pia haiwezekani kuongeza uwezo wa kukusanya lens - upungufu wa spherical hautaruhusu: kila ray itapita kupitia mhimili wa macho kwa hatua yake mwenyewe, kuvuruga kuzingatia.

Upeo wa upana wa contour ambao unaweza kupigwa picha kwa kutumia photolithography ni 70 nm. Vipu vya juu zaidi vinachapishwa kwa hatua kadhaa: contours 70-nanometer hutumiwa, mzunguko umewekwa, na kisha sehemu inayofuata inakabiliwa na mask mpya.

Hivi sasa katika maendeleo kuna teknolojia ya kina ya upigaji picha ya ultraviolet, kwa kutumia mwanga na urefu uliokithiri wa karibu 13.5 nm. Teknolojia inahusisha matumizi ya vioo vya utupu na multilayer na kutafakari kulingana na kuingiliwa kwa interlayer. Mask pia haitakuwa translucent, lakini kipengele cha kutafakari. Vioo havina uzushi wa kinzani, kwa hivyo wanaweza kufanya kazi na mwanga wa urefu wowote. Lakini kwa sasa hii ni dhana tu ambayo inaweza kutumika katika siku zijazo.

Jinsi wasindikaji hufanywa leo

Kaki ya silicon iliyosafishwa kikamilifu na kipenyo cha cm 30 imewekwa na safu nyembamba ya photoresist. Nguvu ya Centrifugal husaidia kusambaza photoresist sawasawa.

Mzunguko wa baadaye unakabiliwa na photoresist kupitia mask. Utaratibu huu unarudiwa mara nyingi kwa sababu chips nyingi hutolewa kutoka kwa kaki moja.

Sehemu ya photoresist ambayo imekuwa wazi kwa mionzi ya ultraviolet inakuwa mumunyifu na inaweza kuondolewa kwa urahisi kwa kutumia kemikali.

Maeneo ya kaki ya silicon ambayo hayajalindwa na photoresist yamechorwa kwa kemikali. Katika nafasi zao, huzuni huunda.

Safu ya photoresist inatumika tena kwa kaki. Wakati huu, mfiduo hufichua yale maeneo ambayo yatakuwa chini ya mabomu ya ioni.

Chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme, ions za uchafu huharakisha kasi ya zaidi ya 300,000 km / h na kupenya silicon, na kutoa mali ya semiconductor.

Baada ya kuondoa photoresist iliyobaki, transistors zilizokamilishwa zinabaki kwenye kaki. Safu ya dielectric hutumiwa juu, ambayo mashimo ya mawasiliano yanawekwa kwa kutumia teknolojia sawa.

Sahani huwekwa katika suluhisho la sulfate ya shaba na safu ya conductive inatumiwa kwa kutumia electrolysis. Kisha safu nzima imeondolewa kwa kusaga, lakini mawasiliano katika mashimo hubakia.

Anwani zimeunganishwa na mtandao wa hadithi nyingi wa "waya" za chuma. Idadi ya "sakafu" inaweza kufikia 20, na mchoro wa jumla wa wiring huitwa usanifu wa processor.

Sasa tu sahani imekatwa kwa wengi chips ya mtu binafsi. Kila "kioo" kinajaribiwa na kisha tu imewekwa kwenye ubao na mawasiliano na kufunikwa na kofia ya radiator ya fedha.

TV 13,000

Njia mbadala ya kupiga picha ni electrolithography, wakati mfiduo haufanywa kwa mwanga, lakini kwa elektroni, na si kwa kupinga picha, lakini kwa electroresist. Boriti ya elektroni inalenga kwa urahisi kwa hatua ya ukubwa mdogo, hadi 1 nm. Teknolojia hiyo ni sawa na tube ya cathode ray kwenye televisheni: mkondo unaozingatia wa elektroni hupotoshwa na coil za kudhibiti, kuchora picha kwenye kitambaa cha silicon.

Hadi hivi karibuni, teknolojia hii haikuweza kushindana na njia ya jadi kutokana na kasi yake ya chini. Ili kizuia umeme kiweze kuguswa na miale, lazima ukubali idadi fulani ya elektroni kwa kila eneo la kitengo, kwa hivyo boriti moja inaweza kufichua kwa 1 cm2 / h. Hii inakubalika kwa maagizo moja kutoka kwa maabara, lakini haitumiki katika tasnia.

Kwa bahati mbaya, haiwezekani kutatua tatizo kwa kuongeza nishati ya boriti: kama vile chaji hufukuza kila mmoja, kwa hivyo kadiri sasa inavyoongezeka, boriti ya elektroni inakuwa pana. Lakini unaweza kuongeza idadi ya mionzi kwa kufichua maeneo kadhaa kwa wakati mmoja. Na ikiwa kadhaa ni 13,000, kama katika teknolojia ya Mapper, basi, kulingana na mahesabu, inawezekana kuchapisha chips kumi zilizojaa kwa saa.

Bila shaka, kuchanganya mirija ya miale ya cathode 13,000 kwenye kifaa kimoja haingewezekana. Katika kesi ya Mapper, mionzi kutoka kwa chanzo inaelekezwa kwa lens ya collimator, ambayo huunda boriti pana sambamba ya elektroni. Katika njia yake inasimama matrix ya aperture, ambayo huibadilisha kuwa miale 13,000 ya mtu binafsi. Mihimili hupita kwenye tumbo la blanketi - kaki ya silicon yenye mashimo 13,000. Electrode ya kupotoka iko karibu na kila mmoja wao. Ikiwa sasa inatumika kwa hiyo, elektroni "hukosa" shimo lao na moja ya mihimili 13,000 imezimwa.

Baada ya kupitisha blanketi, miale huelekezwa kwa matrix ya deflectors, ambayo kila moja inaweza kupotosha boriti yake ya mikroni kadhaa kulia au kushoto kuhusiana na harakati ya sahani (kwa hivyo Ramani bado inafanana na mirija ya picha 13,000). Hatimaye, kila boriti inalenga zaidi na microlens yake mwenyewe na kisha kuelekezwa kwa electroresist. Mpaka leo Teknolojia ya ramani ilijaribiwa katika taasisi ya utafiti ya microelectronics ya Ufaransa CEA-Leti na TSMC, ambayo inazalisha microprocessors kwa wachezaji wakuu wa soko (pamoja na Apple iPhone 6S). Vipengele muhimu vya mfumo, ikiwa ni pamoja na lenses za elektroniki za silicon, hutengenezwa kwenye mmea wa Moscow.

Teknolojia ya ramani huahidi matarajio mapya sio tu kwa maabara ya utafiti na uzalishaji mdogo (pamoja na kijeshi), lakini pia kwa wachezaji wakubwa. Hivi sasa, ili kujaribu prototypes za wasindikaji mpya, inahitajika kutengeneza vinyago vya picha sawa na vya uzalishaji wa wingi. Uwezo wa kutengeneza mizunguko ya mfano haraka huahidi sio tu kupunguza gharama za maendeleo, lakini pia kuharakisha maendeleo kwenye uwanja. Ambayo hatimaye inanufaisha watumiaji wengi wa vifaa vya elektroniki, ambayo ni sisi sote.

Mizizi ya mtindo wetu wa maisha ya kidijitali bila shaka hutoka kwa viboreshaji vya semiconductors, ambavyo vimewezesha uundaji wa chipsi changamano za kompyuta zinazotegemea transistor. Wanahifadhi na kusindika data, ambayo ni msingi wa microprocessors za kisasa. Semiconductors ambayo hufanywa kutoka kwa mchanga leo ni sehemu muhimu karibu mtu yeyote kifaa cha elektroniki, kutoka kwa kompyuta hadi kwenye kompyuta za mkononi na simu ya kiganjani. Hata magari sasa hayawezi kufanya bila semiconductors na umeme, kwani semiconductors hudhibiti mfumo wa hali ya hewa, mchakato wa sindano ya mafuta, kuwasha, paa la jua, vioo na hata usukani (BMW Active Steering). Leo, karibu kifaa chochote kinachotumia nishati kinajengwa kwenye semiconductors.

Microprocessors bila shaka ni kati ya bidhaa ngumu zaidi za semiconductor, na idadi ya transistors hivi karibuni itafikia bilioni moja na anuwai ya utendakazi tayari inashangaza leo. Vichakataji vya Dual-core Core 2 vitatolewa hivi karibuni kwenye teknolojia ya Intel karibu kumaliza 45 nm, na tayari vitakuwa na transistors milioni 410 (ingawa nyingi zao zitatumika kwa kache ya 6 MB L2). Mchakato wa 45nm unaitwa kwa ukubwa wa transistor moja, ambayo sasa ni karibu mara 1,000 ndogo kuliko kipenyo cha nywele za binadamu. Kwa kiasi fulani, ndiyo sababu umeme huanza kudhibiti kila kitu katika maisha yetu: hata wakati ukubwa wa transistor ulikuwa mkubwa, ilikuwa nafuu sana kuzalisha microcircuits zisizo ngumu sana, bajeti ya transistors ilikuwa kubwa sana.

Katika makala yetu tutaangalia misingi ya uzalishaji wa microprocessor, lakini pia tutagusa historia ya wasindikaji, usanifu na kuzingatia bidhaa mbalimbali Kwenye soko. Unaweza kupata mengi kwenye mtandao habari ya kuvutia, baadhi zimeorodheshwa hapa chini.

• Wikipedia: Microprocessor. Makala hii inazungumzia aina tofauti za wasindikaji na hutoa viungo kwa wazalishaji na kurasa za ziada Wiki iliyotolewa kwa wasindikaji.
• Wikipedia: Microprocessors (Jamii). Tazama sehemu ya microprocessors kwa viungo na habari zaidi.

Washindani wa PC: AMD na Intel

Makao makuu ya Advanced Micro Devices Inc., iliyoanzishwa mwaka wa 1969, iko katika Sunnyvale, California, na "moyo" wa Intel, ambayo ilianzishwa mwaka mmoja mapema, iko umbali wa kilomita chache katika jiji la Santa Clara. AMD leo ina viwanda viwili: huko Austin (Texas, USA) na Dresden (Ujerumani). Kiwanda kipya kitaanza kutumika hivi karibuni. Kwa kuongeza, AMD imeungana na IBM katika maendeleo ya teknolojia ya processor na utengenezaji. Kwa kweli, hii yote ni sehemu ya saizi ya Intel, kwani kiongozi wa soko sasa anaendesha karibu viwanda 20 katika maeneo tisa. Karibu nusu yao hutumiwa kuzalisha microprocessors. Kwa hivyo unapolinganisha AMD na Intel, kumbuka kwamba unalinganisha Daudi na Goliathi.

Intel ina faida isiyoweza kuepukika kwa namna ya uwezo mkubwa wa uzalishaji. Ndiyo, kampuni leo ni kiongozi katika utekelezaji wa michakato ya juu ya teknolojia. Intel iko karibu mwaka mmoja mbele ya AMD katika suala hili. Matokeo yake, Intel inaweza kutumia katika wasindikaji wake idadi kubwa zaidi transistors na kiasi kikubwa akiba. AMD, tofauti na Intel, inapaswa kuboresha mchakato wake wa kiufundi kwa ufanisi iwezekanavyo ili kuendana na washindani wake na kutoa wasindikaji wenye heshima. Bila shaka, muundo wa wasindikaji na usanifu wao ni tofauti sana, lakini mchakato wa utengenezaji wa kiufundi umejengwa kwa kanuni sawa za msingi. Ingawa, bila shaka, kuna tofauti nyingi ndani yake.

Utengenezaji wa Microprocessor

Uzalishaji wa microprocessors una hatua mbili muhimu. Ya kwanza ni uzalishaji wa substrate, ambayo AMD na Intel hufanya katika viwanda vyao. Hii ni pamoja na kutoa sifa za conductive kwa substrate. Hatua ya pili ni kupima substrate, mkusanyiko na ufungaji wa processor. Operesheni ya mwisho kawaida hufanywa kwa chini nchi za gharama kubwa. Ukiangalia wasindikaji wa Intel, utapata maandishi kwamba ufungaji ulifanyika Costa Rica, Malaysia, Ufilipino, nk.

AMD na Intel leo wanajaribu kutoa bidhaa kwa idadi ya juu sehemu za soko, zaidi ya hayo, kwa kuzingatia kiwango cha chini cha fuwele kinachowezekana. Mfano mzuri ni mstari wa processor wa Intel Core 2 Duo. Kuna vichakataji vitatu hapa vilivyo na majina ya msimbo kwa masoko tofauti: Merom kwa maombi ya simu, Conroe - toleo la desktop, Woodcrest - toleo la seva. Wasindikaji wote watatu wamejengwa kwa msingi sawa wa teknolojia, ambayo inaruhusu mtengenezaji kufanya maamuzi katika hatua za mwisho za uzalishaji. Unaweza kuwasha au kuzima vipengele, na kiwango cha sasa cha kasi ya saa kinaipa Intel asilimia bora ya fuwele zinazoweza kutumika. Ikiwa mahitaji ya soko ya vichakataji vya simu yameongezeka, Intel inaweza kuzingatia kutoa mifano ya Socket 479. mifano ya desktop, basi kampuni itajaribu, kuthibitisha na kufunga chips kwa Socket 775, wakati wasindikaji wa seva huwekwa kwa Socket 771. Hata wasindikaji wa quad-core huundwa kwa njia hii: chips mbili mbili-msingi zimewekwa kwenye mfuko mmoja, kwa hiyo tunapata cores nne. .

Jinsi chips zinaundwa

Uzalishaji wa chip unahusisha kuweka tabaka nyembamba na "mifumo" changamano kwenye substrates za silicon. Kwanza, safu ya kuhami imeundwa ambayo hufanya kama lango la umeme. Nyenzo za kupiga picha hutumiwa juu, na maeneo yasiyohitajika huondolewa kwa kutumia masks na mionzi ya juu. Wakati maeneo yenye mionzi yameondolewa, maeneo ya dioksidi ya silicon chini yatafunuliwa, ambayo huondolewa kwa etching. Baada ya hayo, nyenzo za photoresist pia huondolewa, na tunapata muundo fulani kwenye uso wa silicon. Michakato ya ziada ya photolithography hufanyika, na vifaa tofauti, mpaka muundo unaohitajika wa tatu-dimensional unapatikana. Kila safu inaweza kuwa doped na dutu maalum au ions, kubadilisha mali ya umeme. Windows huundwa katika kila safu ili viunganisho vya chuma viweze kufanywa.

Kwa ajili ya uzalishaji wa substrates, lazima zikatwe kutoka kwa silinda moja ya monocrystal kwenye "pancakes" nyembamba ili ziweze kukatwa kwa urahisi kwenye chips za processor binafsi. Katika kila hatua ya uzalishaji, majaribio magumu hufanywa ili kutathmini ubora. Probe za umeme hutumiwa kupima kila chip kwenye substrate. Hatimaye, substrate hukatwa kwenye cores ya mtu binafsi, na cores zisizo za kazi hutolewa mara moja. Kulingana na sifa, msingi huwa processor moja au nyingine na imefungwa kwenye mfuko ambayo inafanya iwe rahisi kufunga processor kwenye ubao wa mama. Vitengo vyote vya utendaji hupitia majaribio ya mfadhaiko mkubwa.

Yote huanza na substrates

Hatua ya kwanza katika wasindikaji wa viwanda hufanyika katika chumba safi. Kwa njia, ni muhimu kutambua kwamba uzalishaji huo wa high-tech unawakilisha mkusanyiko wa mtaji mkubwa mita ya mraba. Ujenzi wa mmea wa kisasa na vifaa vyote hugharimu kwa urahisi dola bilioni 2-3, na majaribio ya teknolojia mpya yanahitaji miezi kadhaa. Hapo ndipo misa ya mmea inaweza kutoa wasindikaji.

Kwa ujumla, mchakato wa utengenezaji wa chip una hatua kadhaa za usindikaji wa kaki. Hii inajumuisha uundaji wa substrates wenyewe, ambayo hatimaye itakatwa kwenye fuwele za kibinafsi.

Yote huanza na kukuza fuwele moja, ambayo fuwele ya mbegu huwekwa ndani ya bafu ya silicon iliyoyeyuka, ambayo iko juu ya kiwango cha kuyeyuka cha silicon ya polycrystalline. Ni muhimu kwamba fuwele kukua polepole (kama siku) ili kuhakikisha eneo sahihi atomi. Silicon ya polycrystalline au amorphous ina fuwele nyingi tofauti, ambayo itasababisha kuonekana kwa miundo isiyofaa ya uso na mali duni ya umeme. Mara silicon inapoyeyuka, inaweza kuingizwa na vitu vingine vinavyobadilisha mali yake ya umeme. Mchakato mzima unafanyika katika chumba kilichofungwa na utungaji maalum wa hewa ili silicon haina oxidize.

Kioo kimoja hukatwa kwenye "pancakes" kwa kutumia saw shimo la almasi, ambayo ni sahihi sana na haifanyi makosa makubwa juu ya uso wa substrate. Bila shaka, uso wa substrates bado si gorofa kikamilifu, hivyo shughuli za ziada zinahitajika.

Kwanza, kwa kutumia sahani za chuma zinazozunguka na nyenzo ya abrasive (kama vile oksidi ya alumini), safu nene hutolewa kutoka kwa substrates (mchakato unaoitwa lapping). Matokeo yake, makosa ya ukubwa kutoka 0.05 mm hadi takriban 0.002 mm (2,000 nm) yanaondolewa. Kisha unapaswa kuzunguka kingo za kila msaada, kwani kingo kali zinaweza kusababisha tabaka kuondosha. Ifuatayo, mchakato wa etching hutumiwa, wakati wa kutumia kemikali mbalimbali (asidi hidrofloriki, asidi asetiki, asidi ya nitriki) uso hupunguzwa na microns 50 hivi. Uso huo hauharibiki kwa mwili kwani mchakato mzima ni wa kemikali kabisa. Inakuwezesha kuondoa makosa iliyobaki katika muundo wa kioo, na kusababisha uso ulio karibu na bora.

Hatua ya mwisho ni polishing, ambayo hupunguza uso kwa ukali wa juu wa 3 nm. Kusafisha hufanywa kwa kutumia mchanganyiko wa hidroksidi ya sodiamu na silika ya punjepunje.

Leo, kaki za microprocessor zina kipenyo cha 200mm au 300mm, hivyo basi watengeneza chip kutoa vichakataji vingi kutoka kwa kila kimoja. Hatua inayofuata itakuwa substrates za 450mm, lakini hatupaswi kuzitarajia kabla ya 2013. Kwa ujumla, kipenyo kikubwa cha substrate, chips zaidi za ukubwa sawa zinaweza kuzalishwa. Kaki ya 300mm, kwa mfano, inazalisha vichakata zaidi ya mara mbili ya kaki ya 200mm.

Tayari tumetaja doping, ambayo hufanywa wakati wa ukuaji wa fuwele moja. Lakini doping inafanywa wote na substrate iliyokamilishwa na baadaye wakati wa michakato ya kupiga picha. Hii inakuwezesha kubadilisha mali ya umeme ya maeneo fulani na tabaka, na sio muundo mzima wa kioo

Kuongezewa kwa dopant kunaweza kutokea kwa njia ya kuenea. Atomi za dopant hujaza nafasi ya bure ndani ya kimiani ya kioo, kati ya miundo ya silicon. Katika baadhi ya matukio, inawezekana kuunganisha muundo uliopo. Usambazaji unafanywa kwa kutumia gesi (nitrojeni na argon) au kutumia yabisi au vyanzo vingine vya dutu ya alloying.

Njia nyingine ya doping ni implantation ion, ambayo ni muhimu sana katika kubadilisha mali ya substrate ambayo imekuwa doped, tangu implantation ion unafanywa katika joto la kawaida. Kwa hiyo, uchafu uliopo hauenezi. Unaweza kutumia mask kwenye substrate, ambayo inakuwezesha kusindika maeneo fulani tu. Kwa kweli, tunaweza kuzungumza juu ya uwekaji wa ion kwa muda mrefu na kujadili kina cha kupenya, uanzishaji wa kiongeza wakati. joto la juu, athari za kituo, kupenya kwa viwango vya oksidi, nk, lakini hii ni zaidi ya upeo wa makala yetu. Utaratibu unaweza kurudiwa mara kadhaa wakati wa uzalishaji.

Ili kuunda sehemu za mzunguko jumuishi, mchakato wa photolithography hutumiwa. Kwa kuwa si lazima kuwasha uso mzima wa substrate, ni muhimu kutumia masks inayoitwa ambayo hupeleka mionzi ya juu tu kwa maeneo fulani. Masks inaweza kulinganishwa na hasi nyeusi na nyeupe. Mizunguko iliyojumuishwa ina tabaka nyingi (20 au zaidi), na kila moja inahitaji mask yake.

Muundo wa filamu nyembamba ya chrome hutumiwa kwenye uso wa sahani ya kioo ya quartz ili kuunda muundo. Katika kesi hii, vyombo vya gharama kubwa kwa kutumia boriti ya elektroni au laser huandika data muhimu ya mzunguko jumuishi, na kusababisha muundo wa chromium kwenye uso wa substrate ya quartz. Ni muhimu kuelewa kwamba kila marekebisho ya mzunguko jumuishi husababisha haja ya kuzalisha masks mpya, hivyo mchakato mzima wa kufanya mabadiliko ni ghali sana. Kwa sana nyaya tata masks huchukua muda mrefu kuunda.

Kwa kutumia photolithography, muundo huundwa kwenye substrate ya silicon. Mchakato huo unarudiwa mara kadhaa hadi tabaka nyingi (zaidi ya 20) zinaundwa. Tabaka zinaweza kujumuisha vifaa mbalimbali Kwa kuongeza, unahitaji pia kufikiria kupitia viunganisho na waya za microscopic. Tabaka zote zinaweza kuunganishwa.

Kabla ya mchakato wa photolithography kuanza, substrate husafishwa na joto ili kuondoa chembe za nata na maji. Kisha substrate kutumia kifaa maalum iliyofunikwa na dioksidi ya silicon. Ifuatayo, wakala wa kuunganisha hutumiwa kwenye substrate, ambayo inahakikisha kwamba nyenzo za photoresist ambazo zitatumika katika hatua inayofuata zinabaki kwenye substrate. Nyenzo za Photoresist hutumiwa katikati ya substrate, ambayo huanza kuzunguka nayo kasi kubwa ili safu isambazwe sawasawa juu ya uso mzima wa substrate. Kisha substrate huwashwa moto tena.

Kisha, kupitia mask, kifuniko kinawashwa na laser ya quantum, mionzi ya ultraviolet ngumu, x-rays, mihimili ya elektroni au ions - vyanzo vyote vya mwanga au nishati vinaweza kutumika. Mihimili ya elektroni hutumiwa hasa kuunda masks, X-rays na mihimili ya ion hutumiwa kwa madhumuni ya utafiti, na uzalishaji wa viwanda leo unaongozwa na mionzi ya UV ngumu na lasers ya gesi.

Mionzi migumu ya UV yenye urefu wa nm 13.5 huwasha nyenzo ya kupiga picha inapopitia kwenye barakoa.

Muda wa makadirio na kuzingatia ni muhimu sana kufikia matokeo yaliyohitajika. Kuzingatia vibaya kutasababisha kuwepo kwa chembe nyingi za nyenzo za kupiga picha kwa sababu baadhi ya mashimo kwenye barakoa hayatawashwa ipasavyo. Kitu kimoja kitatokea ikiwa muda wa makadirio ni mfupi sana. Kisha muundo wa nyenzo za photoresist itakuwa pana sana, maeneo chini ya mashimo yatafunuliwa. Kwa upande mwingine, wakati mwingi wa makadirio huunda maeneo makubwa sana chini ya mashimo na muundo nyembamba sana wa nyenzo za kupiga picha. Kama sheria, ni kazi kubwa sana na ni ngumu kurekebisha na kuongeza mchakato. Marekebisho yasiyofanikiwa yatasababisha upungufu mkubwa katika waendeshaji wa kuunganisha.

Ufungaji maalum wa makadirio ya hatua kwa hatua huhamisha substrate nafasi inayotakiwa. Kisha mstari au sehemu moja inaweza kukadiriwa, mara nyingi inalingana na chip moja ya processor. Usakinishaji mdogo zaidi unaweza kuchangia mabadiliko ya ziada. Wanaweza kutatua teknolojia iliyopo na kuboresha mchakato wa kiufundi. Ufungaji mdogo kawaida hufanya kazi kwenye maeneo madogo kuliko mita 1 ya mraba. mm, wakati mitambo ya kawaida hufunika maeneo makubwa.

Kisha substrate inakwenda hatua mpya, ambapo nyenzo dhaifu ya photoresist huondolewa, kuruhusu upatikanaji wa dioksidi ya silicon. Kuna michakato ya etching ya mvua na kavu ambayo hutibu maeneo ya dioksidi ya silicon. Michakato ya mvua hutumia misombo ya kemikali, wakati michakato kavu hutumia gesi. Mchakato tofauti unahusisha kuondoa mabaki ya nyenzo za kupiga picha. Wazalishaji mara nyingi huchanganya kuondolewa kwa mvua na kavu ili kuhakikisha kuwa nyenzo za photoresist zimeondolewa kabisa. Hii ni muhimu kwa sababu nyenzo ya photoresist ni ya kikaboni na ikiwa haijaondolewa inaweza kusababisha kasoro kwenye substrate. Baada ya etching na kusafisha, unaweza kuanza kukagua substrate, ambayo kwa kawaida hutokea katika kila hatua muhimu, au kuhamisha substrate kwa mzunguko mpya photolithography.

Upimaji wa substrate, mkusanyiko, ufungaji

Substrates zilizokamilishwa hujaribiwa katika kinachojulikana kama usakinishaji wa upimaji wa uchunguzi. Wanafanya kazi na substrate nzima. Mawasiliano ya probe hutumiwa kwa mawasiliano ya kila kioo, kuruhusu vipimo vya umeme kufanywa. Kwa kutumia programu Kazi zote za kila msingi zinajaribiwa.

Kwa kukata, kernels za mtu binafsi zinaweza kupatikana kutoka kwa substrate. Kwa sasa, mitambo ya udhibiti wa probe tayari imetambua ambayo fuwele zina makosa, hivyo baada ya kukata zinaweza kutengwa na nzuri. Hapo awali, fuwele zilizoharibiwa ziliwekwa alama ya kimwili, lakini sasa hakuna haja ya hili, taarifa zote zimehifadhiwa kwenye hifadhidata moja.

Mlima wa kioo

Msingi wa kazi lazima uunganishwe na kifurushi cha processor kwa kutumia nyenzo za wambiso.

Kisha unahitaji kufanya uhusiano wa waya kuunganisha mawasiliano au miguu ya mfuko na kioo yenyewe. Viunganisho vya dhahabu, alumini au shaba vinaweza kutumika.

Wasindikaji wengi wa kisasa hutumia ufungaji wa plastiki na kuenea kwa joto.

Kawaida msingi umefungwa kwa keramik au plastiki ili kuzuia uharibifu. Wasindikaji wa kisasa zina vifaa vinavyoitwa msambazaji wa joto, ambayo hutoa ulinzi wa ziada kioo, pamoja na uso mkubwa wa kuwasiliana na baridi.

Mtihani wa CPU

Hatua ya mwisho inahusisha kupima processor, ambayo hutokea wakati joto la juu, kwa mujibu wa vipimo vya processor. Msindikaji umewekwa moja kwa moja kwenye tundu la mtihani, baada ya hapo kazi zote muhimu zinachambuliwa.

Kila mtu alikuwa ameshikilia microprocessor ya kawaida mikononi mwake, lakini hakuna mtu ambaye angefikiria kuikata na kuichunguza chini ya darubini ya elektroni ya kuchanganua. Hivi ndivyo hasa mwalimu wa Uswidi Kristian Storm alifanya ili kuwaonyesha wanafunzi jinsi microchip inavyofanya kazi. Picha ni za kushangaza tu: ubora hukuruhusu kuona tabaka za kibinafsi za processor. Inavyoonekana, takriban utaratibu huu ulitumiwa na wahandisi wa Soviet ambao walitenganisha na kunakili maendeleo ya Magharibi. Takriban kitu kimoja kinafanywa sasa ili kusoma bidhaa za washindani.

Picha zote zinaweza kubofya na zinapatikana katika ubora wa juu.

Christian Storm alitumia kichakataji cha P-III. Kwanza, ilikuwa ni lazima kuondoa microcircuit yenyewe kutoka kwa kesi ya plastiki (bluu), ambayo iko katikati ya bodi ya mzunguko (kijani).

Kama unaweza kuona nyuma ya bodi ya mzunguko, inahitajika kutoa mawasiliano kutoka kwa microprocessor - kutoka kwa kila mwasiliani kwenye processor ishara huenda kwa pini tofauti kwenye ubao.

Mwanzoni Mkristo alifikiri angeweza kutenganisha microprocessor na joto, lakini hakupata chochote isipokuwa harufu mbaya. Kisha ilibidi nitumie nguvu ya kikatili na kukata sehemu inayofaa. Kwa kutumia forceps na scalpel, alichomoa chip, na kuharibu kidogo katika mchakato (hata hivyo, Christian alikuwa anaenda kuvunja processor kwa ajili ya utengenezaji wa filamu).

Hiki ndicho kilichotokea kama matokeo. Kwenye nyuma ya microcircuit, chini ya casing ya bluu iliyovunjika, mawasiliano kwenye microcircuit yanaonekana. Hapo awali, waliunganishwa na pini kwenye ubao.

Hapa kuna microcircuit iliyosafishwa kwa plastiki.

Sasa inakuja sehemu ya kufurahisha: darubini inakuja. Kwanza, moja ya kawaida ya macho. Chini ya darubini tunaangalia kipande cha microprocessor yenye anwani sawa.

Ikiwa unatazama kwa karibu, unaweza kutengeneza muundo ndani ya mashimo ya mawasiliano.

Msindikaji hujumuisha tabaka nyingi za chuma juu ya kila mmoja, zinaonekana wazi kupitia mashimo ya kuwasiliana.

Kwa kubadilisha mtazamo wa darubini, unaweza kuchunguza tabaka hizi kwa zamu. Hapa kuna safu ya juu.

Safu ya kati.

Na safu ya chini.

Kwa kuwa darubini ya macho haitoi maelezo muhimu, Mkristo aliamua kutumia darubini ya elektroni ya skanning. Ili kuona ndani ya processor, aliivunja vipande vipande na kuanza kuchunguza mahali ilipovunjwa. Hapo chini unaweza kuona mfululizo wa picha zinazofuatana na azimio linaloongezeka polepole.

Chip imegeuka chini, ili juu ni safu ya mawasiliano ambayo hapo awali yaliunganishwa kwenye bodi ya mzunguko. Mara ya kwanza hakuna kitu maalum kinachoonekana. Nyenzo nyepesi kati ya waasiliani ni aina fulani ya polima ya kujaza nafasi.

Kwa ukuzaji zaidi, tabaka zinaonekana wazi. Unaweza hata kuhesabu idadi yao: sita.

Unene wa safu ya chini ya chuma ni takriban 200-250 nm. Prosesa ya P-III ilitolewa kwa kutumia teknolojia ya mchakato wa 250 nm, na baadaye - 180 nm, kwa hivyo safu hii ya chini ni safu ya mwisho na transistors; mbinu zaidi haitaonyesha vitu vipya.

Hivi ndivyo picha inavyoonekana katika fomu iliyoboreshwa.

Picha ya mwisho ilichukuliwa kwa kiwango sawa, tu kutoka juu. Katika sehemu moja kesi hiyo ilivunjika kwa bahati mbaya, ili iwe wazi muundo wa ndani.

Kuna tabaka kadhaa za chuma juu ya kila mmoja, lakini Mkristo hakuweza kuchukua picha za safu kwa safu na kupata moja kwa moja kwa transistors (safu ya chini) kwa sababu hajui jinsi ya kuondoa tabaka kwa uangalifu kutoka kwa chip.

Microprocessors za kisasa ndizo chipsi za haraka zaidi na za busara zaidi ulimwenguni. Wanaweza kufanya hadi shughuli bilioni 4 kwa sekunde na hutolewa kwa kutumia teknolojia nyingi tofauti. Tangu mwanzoni mwa miaka ya 90 ya karne ya ishirini, wakati wasindikaji walianza kutumika kwa wingi, wamepitia hatua kadhaa za maendeleo. Asili ya maendeleo ya miundo ya microprocessor kwa kutumia teknolojia zilizopo za kizazi cha 6 inachukuliwa kuwa 2002, ilipokuwa. matumizi yanayopatikana mali yote ya msingi ya silicon kupata masafa ya juu na hasara ndogo wakati wa uzalishaji na uundaji wa nyaya za mantiki. Sasa ufanisi wa wasindikaji wapya unapungua kwa kiasi fulani licha ya ongezeko la mara kwa mara la mzunguko wa uendeshaji wa fuwele, kwani teknolojia za silicon zinakaribia kikomo cha uwezo wao.

Microprocessor ni mzunguko jumuishi unaoundwa kwenye chip ndogo ya silicon. Silicon hutumiwa katika microcircuits kutokana na ukweli kwamba ina mali ya semiconductor: conductivity yake ya umeme ni kubwa zaidi kuliko ile ya dielectrics, lakini chini ya ile ya metali. Silicon inaweza kufanywa wote insulator, kuzuia harakati ya malipo ya umeme, na conductor - basi malipo ya umeme kwa uhuru kupita kwa njia hiyo. Conductivity ya semiconductor inaweza kudhibitiwa kwa kuanzisha uchafu.

Microprocessor ina mamilioni ya transistors zilizounganishwa kwa kila mmoja na kondakta nyembamba zilizotengenezwa kwa alumini au shaba na kutumika kuchakata data. Hivi ndivyo wanavyoundwa matairi ya ndani. Matokeo yake, microprocessor hufanya kazi nyingi - kutoka kwa hisabati na shughuli za kimantiki kudhibiti uendeshaji wa chips nyingine na kompyuta nzima.

Moja ya vigezo kuu vya processor ni mzunguko wa kioo, ambayo huamua idadi ya shughuli kwa kitengo cha muda, mzunguko wa uendeshaji. basi ya mfumo, kiasi cha kashe ya ndani ya SRAM. Msindikaji umeandikwa kulingana na mzunguko wa uendeshaji wa kioo. Mzunguko wa uendeshaji wa kioo unatambuliwa na kasi ambayo transistors hubadilisha kutoka hali iliyofungwa hadi hali ya wazi. Uwezo wa transistor kubadili kwa kasi zaidi imedhamiriwa na teknolojia ya uzalishaji wa mikate ya silicon ambayo chipsi hufanywa. Mchakato wa kiteknolojia huamua vipimo vya transistor (unene wake na urefu wa lango). Kwa mfano, kwa kutumia teknolojia ya mchakato wa 90nm, ambayo ilianzishwa mapema 2004, ukubwa wa transistor ni 90nm na urefu wa lango ni 50nm.

Wasindikaji wote wa kisasa hutumia transistors za athari ya shamba. Mpito kwa mchakato mpya wa kiufundi hufanya iwezekanavyo kuunda transistors na masafa ya juu ya kubadili, mikondo ya chini ya uvujaji, ukubwa mdogo. Kupunguzwa kwa ukubwa wakati huo huo kunapunguza eneo la kufa na kwa hiyo uharibifu wa joto, na lango nyembamba huruhusu voltage ya chini ya kubadili kutolewa, ambayo pia hupunguza matumizi ya nguvu na uharibifu wa joto.

Teknolojia na soko

Sasa kuna mwelekeo wa kuvutia kwenye soko: kwa upande mmoja, makampuni ya viwanda yanajaribu kuanzisha mchakato mpya wa kiufundi na teknolojia katika bidhaa zao mpya haraka iwezekanavyo, kwa upande mwingine, kuna kizuizi cha bandia katika ukuaji wa processor. masafa. Kwanza, wauzaji wanahisi kuwa soko haliko tayari kikamilifu kwa mabadiliko yajayo katika familia za wasindikaji, na makampuni bado hayajapokea faida ya kutosha kutokana na kiasi cha mauzo cha CPU zinazozalishwa sasa - ugavi bado haujakauka. Kuenea kwa umuhimu wa bei ya bidhaa iliyokamilishwa juu ya masilahi mengine yote ya kampuni kunaonekana kabisa. Pili, upunguzaji mkubwa wa kasi ya "mbio za masafa" unahusishwa na uelewa wa hitaji la kuanzisha teknolojia mpya ambazo kwa kweli huongeza tija kwa kiwango cha chini cha gharama za kiteknolojia. Kama ilivyoonyeshwa tayari, watengenezaji walipata shida wakati wa kuhamia michakato mpya ya kiufundi.

Kawaida ya teknolojia ya 90 nm imegeuka kuwa kizuizi kikubwa cha kiteknolojia kwa wazalishaji wengi wa chip. Hii inathibitishwa na TSMC, ambayo inazalisha chips kwa makampuni makubwa mengi ya soko, kama vile AMD, nVidia, ATI, VIA. Kwa muda mrefu, haikuweza kuandaa uzalishaji wa chips kwa kutumia teknolojia ya micron 0.09, ambayo ilisababisha mavuno ya chini ya fuwele zinazoweza kutumika. Hii ni moja ya sababu kwa nini AMD kwa muda mrefu iliahirisha kutolewa kwa wasindikaji wake kwa teknolojia ya SOI (Silicon-on-Insulator). Ucheleweshaji huo ni kwa sababu ya ukweli kwamba ilikuwa kwa kiwango hiki cha vitu kwamba kila aina ya mambo hasi ambayo hayakuonekana hapo awali yalianza kujidhihirisha kwa nguvu: mikondo ya uvujaji, mtawanyiko mkubwa wa vigezo na ongezeko kubwa la kizazi cha joto. Hebu tufikirie kwa utaratibu.

Kama unavyojua, kuna mikondo miwili ya uvujaji: sasa ya kuvuja kwa lango na uvujaji wa chini. Ya kwanza inasababishwa na harakati za hiari za elektroni kati ya substrate ya chaneli ya silicon na lango la polysilicon. Ya pili ni harakati ya hiari ya elektroni kutoka kwa chanzo cha transistor hadi kukimbia. Athari hizi zote mbili husababisha haja ya kuongeza voltage ya usambazaji ili kudhibiti mikondo katika transistor, na hii inathiri vibaya uharibifu wa joto. Kwa hiyo, kwa kupunguza ukubwa wa transistor, sisi kwanza tunapunguza lango lake na safu ya dioksidi ya silicon (SiO2), ambayo ni kizuizi cha asili kati ya lango na njia. Kwa upande mmoja, hii inaboresha utendaji wa kasi wa transistor (wakati wa kubadili), lakini kwa upande mwingine, huongeza uvujaji. Hiyo ni, inageuka kuwa aina ya mduara mbaya. Kwa hivyo, mpito hadi 90 nm ni kupungua kwa unene wa safu ya dioksidi, na wakati huo huo kuongezeka kwa uvujaji. Mapambano dhidi ya uvujaji inamaanisha, tena, ongezeko la voltages za udhibiti, na, ipasavyo, ongezeko kubwa la kizazi cha joto. Yote hii ilisababisha kuchelewa kwa kuanzishwa kwa mchakato mpya wa kiufundi na washindani katika soko la microprocessor - Intel na AMD.

Njia moja mbadala ni matumizi ya teknolojia ya SOI (silicon kwenye insulator), ambayo AMD ilianzisha hivi karibuni katika wasindikaji wake wa 64-bit. Walakini, ilimgharimu juhudi nyingi na kushinda idadi kubwa ya shida zinazohusiana. Lakini teknolojia yenyewe hutoa idadi kubwa ya faida na idadi ndogo ya hasara. Kiini cha teknolojia, kwa ujumla, ni mantiki kabisa - transistor imetenganishwa na substrate ya silicon na safu nyingine nyembamba ya insulator. Kuna faida nyingi. Hakuna harakati isiyodhibitiwa ya elektroni chini ya njia ya transistor, inayoathiri sifa zake za umeme - wakati huu. Baada ya kutumia sasa ya kufungua kwenye lango, wakati wa ionization ya kituo kwa hali ya uendeshaji (mpaka sasa ya uendeshaji inapita kupitia hiyo) imepunguzwa, yaani, parameter muhimu ya pili ya utendaji wa transistor inaboreshwa, wakati wake wa kuzima / kuzima. ni mbili. Au, kwa kasi sawa, unaweza kupunguza tu sasa ya kufungua - hiyo ni tatu. Au pata aina fulani ya maelewano kati ya kuongeza kasi ya uendeshaji na kupunguza voltage. Wakati wa kudumisha lango la sasa la lango, ongezeko la utendaji wa transistor linaweza kuwa hadi 30%; ukiacha mzunguko huo huo, ukizingatia kuokoa nishati, basi pamoja inaweza kuwa kubwa - hadi 50%. Hatimaye, sifa za kituo hutabirika zaidi, na transistor yenyewe inakuwa sugu zaidi kwa hitilafu za hapa na pale, kama vile zile zinazosababishwa na chembe za ulimwengu kugonga substrate ya chaneli na kuiwasha bila kutarajia. Sasa, wanapoingia kwenye substrate iliyo chini ya safu ya insulator, haiathiri uendeshaji wa transistor kwa njia yoyote. Hasara pekee ya SOI ni kwamba kina cha eneo la emitter / mtoza inapaswa kupunguzwa, ambayo huathiri moja kwa moja na moja kwa moja ongezeko la upinzani wake wakati unene unapungua.

Na mwishowe, sababu ya tatu iliyochangia kushuka kwa ukuaji wa masafa ni shughuli ya chini ya washindani kwenye soko. Unaweza kusema kila mtu alikuwa busy na biashara yake mwenyewe. AMD ilijishughulisha na utangulizi mkubwa wa vichakataji 64-bit; kwa Intel, hiki kilikuwa kipindi cha kuboresha mchakato mpya wa kiufundi, kurekebisha hitilafu kwa ongezeko la mavuno ya fuwele zinazoweza kutumika.

Mwanzo wa mwaka unapaswa kutuletea habari nyingi kutoka kwa uwanja wa teknolojia, kwa sababu mwaka huu makampuni yote mawili yanapaswa kubadili viwango vya teknolojia ya 90 nm. Lakini hii haimaanishi kabisa ongezeko jipya la kasi ya masafa ya processor, badala yake. Mara ya kwanza, kutakuwa na utulivu kwenye soko: washindani wataanza kuzalisha CPU kwa kutumia michakato mpya ya kiufundi, lakini kwa masafa ya zamani. Kama mchakato wa uzalishaji unavyotawala, kutakuwa na ongezeko kidogo la mzunguko wa chips. Uwezekano mkubwa zaidi, haitaonekana kama hapo awali. Mwishoni mwa 2004, wakati mavuno ya fuwele zinazoweza kutumika kwa kutumia teknolojia ya mchakato wa 90-nm itaongezeka kwa kiasi kikubwa, Kampuni ya Intel inatarajia kushinda kilele cha 4 GHz, au hata zaidi. Wasindikaji wa AMD watakuja na lagi ya kawaida ya mzunguko, ambayo, kwa ujumla, haiathiri utendaji kama vile vipengele vya usanifu mdogo.

Kwa hiyo, haja ya kubadili michakato mpya ya kiufundi ni dhahiri, lakini inakuwa vigumu zaidi na zaidi kwa wanateknolojia kila wakati. Microprocessors za kwanza za Pentium (1993) zilitolewa kwa kutumia teknolojia ya mchakato wa micron 0.8, kisha micron 0.6. Mnamo 1995, teknolojia ya mchakato wa micron 0.35 ilitumiwa kwa mara ya kwanza kwa wasindikaji wa kizazi cha 6. Mnamo 1997 ilibadilika hadi mikroni 0.25, na mnamo 1999 hadi mikroni 0.18. Wasindikaji wa kisasa wanategemea teknolojia ya micron 0.13 na 0.09, ya mwisho ilianzishwa mwaka 2004. Kama unaweza kuona, kwa michakato hii ya kiufundi sheria ya Moore inazingatiwa, ambayo inasema kwamba kila baada ya miaka miwili mzunguko wa fuwele huongezeka mara mbili kadiri idadi ya transistors kutoka kwao inavyoongezeka. Mchakato wa kiufundi unabadilika kwa kasi sawa. Kweli, katika siku zijazo "mbio ya masafa" itapita sheria hii. Kufikia 2006, Intel inapanga kuendeleza teknolojia ya mchakato wa 65-nm, na mwaka wa 2009 - mchakato wa 32-nm.

Hapa ni wakati wa kukumbuka muundo wa transistor, yaani, safu nyembamba ya dioksidi ya silicon, insulator iko kati ya lango na chaneli, na ambayo hufanya kazi inayoeleweka kabisa - kizuizi cha elektroni ambacho huzuia kuvuja kwa lango la sasa. Kwa wazi, zaidi ya safu hii, hufanya kazi zake za kuhami bora zaidi. Lakini yuko sehemu muhimu chaneli, na sio wazi kwamba ikiwa tutapunguza urefu wa chaneli (ukubwa wa transistor), basi tunahitaji kupunguza unene wake, na kwa kasi ya haraka sana. Kwa njia, katika miongo michache iliyopita, unene wa safu hii imekuwa wastani wa 1/45 ya urefu wote wa chaneli. Lakini mchakato huu una mwisho wake - kama Intel ile ile ilisema miaka mitano iliyopita, ikiwa tutaendelea kutumia SiO2, kama imekuwa zaidi ya miaka 30 iliyopita, unene wa safu ya chini itakuwa 2.3 nm, vinginevyo mkondo wa uvujaji wa lango la sasa. itakuwa isiyo ya kweli.

Hadi hivi majuzi, hakuna kilichofanywa kupunguza uvujaji wa kituo kidogo. Sasa hali inaanza kubadilika, kwa kuwa sasa ya uendeshaji, pamoja na wakati wa majibu ya lango, ni mojawapo ya vigezo kuu viwili vinavyoonyesha kasi ya uendeshaji wa transistor, na kuvuja katika hali ya mbali huathiri moja kwa moja - ili kudumisha. ufanisi unaohitajika wa transistor, ni muhimu, ipasavyo, kuongeza sasa ya uendeshaji, na hali zote zinazofuata.

Utengenezaji wa Microprocessor

Kutengeneza microprocessor ni mchakato mgumu unaohusisha zaidi ya hatua 300. Microprocessors huundwa juu ya uso wa kaki nyembamba za silicon za mviringo - substrates, kama matokeo ya mlolongo fulani wa michakato mbalimbali ya usindikaji kwa kutumia kemikali, gesi na mionzi ya ultraviolet.

Sehemu ndogo kwa kawaida huwa na kipenyo cha milimita 200, au inchi 8. Walakini, Intel tayari imebadilisha kwa kaki zenye kipenyo cha 300 mm, au inchi 12. Sahani mpya hufanya iwezekanavyo kupata fuwele karibu mara 4 zaidi, na mavuno ni ya juu zaidi. Kaki hizo zimetengenezwa kutokana na silikoni, ambayo husafishwa, kuyeyushwa na kukuzwa kuwa fuwele ndefu za silinda. Kisha fuwele hukatwa kwenye vipande nyembamba na kung'olewa hadi nyuso zao ziwe na kioo-laini na zisizo na kasoro. Kisha, sequentially, kurudia kwa mzunguko, oxidation ya joto (malezi ya filamu ya SiO2), photolithography, kuenea kwa uchafu (fosforasi), na epitaxy (ukuaji wa safu) hufanyika.

Wakati wa mchakato wa utengenezaji wa microcircuits, tabaka nyembamba zaidi za nyenzo hutumiwa kwa sahani tupu kwa namna ya mifumo iliyohesabiwa kwa uangalifu. Hadi microprocessors mia kadhaa inaweza kuwekwa kwenye kaki moja, utengenezaji ambao unahitaji shughuli zaidi ya 300. Mchakato mzima wa kuzalisha wasindikaji unaweza kugawanywa katika hatua kadhaa: kuongezeka kwa dioksidi ya silicon na kuunda mikoa ya conductive, kupima, kutengeneza mfuko na utoaji.

Kukuza dioksidi ya silicon na kuunda mikoa ya conductive. Mchakato wa utengenezaji wa microprocessor huanza na "kukua" safu ya kuhami ya dioksidi ya silicon kwenye uso wa kaki iliyosafishwa. Hatua hii inafanywa katika tanuri ya umeme kwa joto la juu sana. Unene wa safu ya oksidi inategemea joto na wakati ambao sahani hutumia kwenye tanuru.

Hii inafuatwa na photolithografia, mchakato ambao muundo huundwa kwenye uso wa kaki. Kwanza, safu ya muda ya nyenzo za picha, photoresist, hutumiwa kwenye sahani, ambayo picha ya sehemu za uwazi za template, au photomask, inakadiriwa kwa kutumia mionzi ya ultraviolet. Masks hufanywa wakati wa kubuni processor na hutumiwa kuunda mifumo ya mzunguko katika kila safu ya processor. Chini ya ushawishi wa mionzi, maeneo ya wazi ya photolayer huwa mumunyifu, na huondolewa kwa kutumia kutengenezea (asidi ya fluoric), ikifunua dioksidi ya silicon chini.

Silika iliyojitokeza huondolewa kupitia mchakato unaoitwa "etching." Kisha fotolayer iliyobaki huondolewa, na kuacha muundo wa silicon dioksidi kwenye kaki ya semiconductor. Kutumia mfululizo wa shughuli za ziada za upigaji picha na etching, silicon ya polycrystalline, ambayo ina mali ya kondakta, pia inatumika kwa kaki. Wakati wa operesheni inayofuata, inayoitwa "doping", maeneo ya wazi ya kaki ya silicon yanapigwa na ions ya vipengele mbalimbali vya kemikali, ambayo huunda malipo mabaya na mazuri katika silicon, kubadilisha conductivity ya umeme ya maeneo haya.

Utumiaji wa tabaka mpya ikifuatiwa na etching ya mzunguko unafanywa mara kadhaa, wakati kwa viunganisho vya interlayer "madirisha" huachwa kwenye tabaka, ambazo zimejaa chuma, na kutengeneza uhusiano wa umeme kati ya tabaka. Intel ilitumia makondakta wa shaba katika teknolojia yake ya mchakato wa 0.13-micron. Katika mchakato wa utengenezaji wa micron 0.18 na michakato ya hapo awali Vizazi vya Intel alumini iliyotumika. Wote shaba na alumini ni conductors bora wa umeme. Wakati wa kutumia teknolojia ya mchakato wa 0.18-μm, tabaka 6 zilitumiwa; wakati wa kuanzisha mchakato wa teknolojia ya 90 nm mwaka 2004, tabaka 7 za silicon zilitumika.

Kila safu ya processor ina muundo wake; kwa pamoja, tabaka hizi zote huunda mzunguko wa elektroniki wa pande tatu. Uwekaji wa tabaka hurudiwa mara 20-25 kwa wiki kadhaa.

Kupima. Ili kuhimili mkazo ambao substrates zinakabiliwa wakati wa mchakato wa kuweka tabaka, mikate ya silicon lazima awali iwe nene ya kutosha. Kwa hiyo, kabla ya kukata kaki ndani ya microprocessors binafsi, unene wake umepunguzwa na 33% kwa kutumia michakato maalum na uchafuzi huondolewa kutoka upande wa nyuma. Kisha, safu ya nyenzo maalum hutumiwa kwa upande wa nyuma wa sahani "nyembamba", ambayo inaboresha kiambatisho kinachofuata cha kioo kwa mwili. Kwa kuongeza, safu hii hutoa mawasiliano ya umeme kati ya uso wa nyuma wa mzunguko jumuishi na mfuko baada ya kusanyiko.

Baada ya hayo, kaki hupimwa ili kuangalia ubora wa shughuli zote za machining. Kuamua ikiwa wasindikaji wanafanya kazi kwa usahihi, vipengele vya mtu binafsi vinajaribiwa. Ikiwa makosa yanagunduliwa, data juu yao inachambuliwa ili kuelewa ni hatua gani ya usindikaji kushindwa ilitokea.

Vichunguzi vya umeme basi huunganishwa kwa kila kichakataji na nguvu inatumika. Wasindikaji hujaribiwa na kompyuta, ambayo huamua ikiwa sifa za wasindikaji wa viwandani zinakidhi mahitaji maalum.

Utengenezaji wa mwili. Baada ya kupima, wafers hutumwa kwenye kituo cha kusanyiko, ambako hukatwa kwenye rectangles ndogo, ambayo kila mmoja ina mzunguko jumuishi. Sahani maalum ya usahihi hutumiwa kutenganisha sahani. Fuwele zisizofanya kazi zinakataliwa.

Kila kioo huwekwa katika kesi ya mtu binafsi. Kesi hiyo inalinda kioo kutokana na mvuto wa nje na hutoa uunganisho wa umeme na bodi ambayo itasakinishwa baadaye. Mipira ndogo ya solder, iko kwenye pointi maalum kwenye chip, inauzwa kwa vituo vya umeme makazi. Sasa ishara za umeme inaweza kuja kutoka kwa bodi hadi kwa chip na nyuma.

Katika wasindikaji wa siku zijazo, Intel itatumia teknolojia ya BBUL, ambayo itaruhusu kuundwa kwa kesi mpya kimsingi na uzalishaji mdogo wa joto na uwezo kati ya miguu ya CPU.

Baada ya chip imewekwa kwenye kesi, processor inajaribiwa tena ili kuamua ikiwa inafanya kazi. Wasindikaji mbaya hukataliwa, na wanaofanya kazi wanakabiliwa na vipimo vya mzigo: yatokanayo na hali mbalimbali za joto na unyevu, pamoja na kutokwa kwa umeme. Baada ya kila mtihani wa mzigo, processor inajaribiwa ili kuamua hali yake ya kazi. Wasindikaji basi hupangwa kulingana na tabia zao chini ya tofauti kasi ya saa na voltages za usambazaji.

Uwasilishaji. Wasindikaji ambao wamepitisha upimaji hutumwa kwa udhibiti wa mwisho, ambao kazi yao ni kuthibitisha kwamba matokeo ya vipimo vyote vya awali yalikuwa sahihi, na vigezo vya mzunguko jumuishi hukutana au hata kuzidi viwango vilivyowekwa. Wachakataji wote ambao hupitisha ukaguzi wa mwisho huwekwa alama na kuwekwa kwenye vifurushi ili kuwasilishwa kwa wateja.

Teknolojia za microprocessor za baadaye

Inajulikana kuwa transistors zilizopo za CMOS zina mapungufu mengi na hazitaruhusu kuinua masafa ya kichakataji katika siku za usoni bila maumivu. Mwisho wa 2003, katika mkutano wa Tokyo, wataalam wa Intel walitoa taarifa muhimu sana juu ya ukuzaji wa vifaa vipya. transistors za semiconductor baadaye. Kwanza kabisa, tunazungumza juu ya dielectric mpya ya lango la transistor na kiwango cha juu cha dielectric (kinachojulikana kama nyenzo za "high-k"), ambayo itatumika kuchukua nafasi ya dioksidi ya silicon (SiO2) inayotumiwa leo, na vile vile mpya. aloi za chuma zinazoendana na dielectri ya lango jipya. Suluhisho lililopendekezwa na watafiti hupunguza uvujaji wa sasa kwa mara 100, ambayo inafanya uwezekano wa kuja karibu na kutekeleza mchakato wa uzalishaji na kawaida ya kubuni ya nanometers 45. Inachukuliwa na wataalam kama mapinduzi madogo katika ulimwengu wa teknolojia ya microelectronic.

Ili kuelewa kile tunachozungumzia, hebu kwanza tuangalie transistor ya kawaida ya MOS, kwa misingi ambayo CPU ngumu zaidi hufanywa.

Ndani yake, lango la polysilicon ya conductive hutenganishwa na chaneli ya transistor na safu nyembamba (tu 1.2 nm au atomi 5 nene) ya dioksidi ya silicon (nyenzo inayotumika kwa miongo kadhaa kama dielectri ya lango).

Unene mdogo kama huo wa dielectric ni muhimu kupata sio tu vipimo vidogo vya transistor kwa ujumla, lakini pia kwa utendaji wake wa juu zaidi (chembe zilizoshtakiwa husogea haraka kupitia lango, kwa sababu ambayo VT kama hiyo inaweza kubadili hadi Mara bilioni 10 kwa sekunde). Ili kuiweka kwa urahisi, karibu lango ni kwa njia ya transistor (yaani, nyembamba ya dielectri), "ushawishi mkubwa" katika suala la kasi itakuwa na elektroni na mashimo kwenye kituo cha transistor.

Kwa hiyo, umuhimu wa ugunduzi wa wanasayansi wa Intel hauwezi kupuuzwa. Baada ya miaka mitano ya utafiti katika maabara za shirika hilo, waliendelea nyenzo maalum, kuiruhusu kuchukua nafasi ya dioksidi ya silicon ya kitamaduni katika njia ya kawaida ya utengenezaji wa chip. Mahitaji ya nyenzo hizo ni mbaya sana: kemikali ya juu na mitambo (katika ngazi ya atomiki) utangamano na silicon, urahisi wa uzalishaji katika mzunguko mmoja wa mchakato wa jadi wa silicon, lakini muhimu zaidi, uvujaji wa chini na mara kwa mara ya juu ya dielectric.

Ikiwa tunajitahidi na uvujaji, basi unene wa dielectri lazima uongezwe hadi angalau 2-3 nm (angalia takwimu hapo juu). Ili kudumisha mteremko sawa wa transistor (utegemezi wa sasa juu ya voltage), ni muhimu kwa uwiano kuongeza mara kwa mara dielectric ya nyenzo dielectric. Ikiwa upenyezaji wa dioksidi ya silicon ya wingi ni 4 (au kidogo kidogo katika tabaka nyembamba-nyembamba), basi thamani ya kutosha ya mara kwa mara ya dielectri ya dielectri mpya ya "Intel" inaweza kuzingatiwa karibu 10-12. Licha ya ukweli kwamba kuna vifaa vingi vilivyo na dielectric mara kwa mara (keramik ya capacitor au silicon moja ya kioo), mambo ya utangamano wa teknolojia ya vifaa sio muhimu hapa. Kwa hiyo, mchakato wa uwekaji wa usahihi wa juu ulitengenezwa kwa nyenzo mpya ya juu-k, wakati ambapo safu moja ya molekuli ya nyenzo hii huundwa katika mzunguko mmoja.

Kulingana na picha hii, tunaweza kudhani kuwa nyenzo mpya pia ni oksidi. Aidha, monoxide, ambayo ina maana ya matumizi ya vifaa hasa ya kundi la pili, kwa mfano, magnesiamu, zinki au hata shaba.

Lakini jambo hilo halikuwa tu kwa dielectric. Pia ilikuwa ni lazima kubadili nyenzo za shutter yenyewe - silicon ya kawaida ya polycrystalline. Ukweli ni kwamba kuchukua nafasi ya dioksidi ya silicon na dielectri ya juu-k husababisha matatizo ya mwingiliano na silicon ya polycrystalline (bendi ya transistor huamua voltage ya chini iwezekanavyo kwa hiyo). Shida hizi zinaweza kuondolewa ikiwa metali maalum hutumiwa kwa milango ya aina zote mbili za transistors (n-MOS na p-MOS) pamoja na maalum. mchakato wa kiteknolojia. Mchanganyiko huu wa vifaa hufanikisha utendaji wa rekodi ya transistor na mikondo ya uvujaji ya chini ya kipekee, mara 100 chini ya vifaa vya sasa (tazama grafu). Katika kesi hii, hakuna jaribu tena la kutumia teknolojia ya gharama kubwa zaidi ya SOI (silicon kwenye insulator) kupambana na uvujaji, kama wengine hufanya. wazalishaji wakubwa microprocessors.

Pia tunaona uvumbuzi mwingine wa kiteknolojia kutoka kwa teknolojia ya silicon iliyochujwa ya Intel, ambayo hutumiwa kwa mara ya kwanza katika wasindikaji wa Prescott na Dothan wa nanometer 90. Mwishowe, Intel imefunua kwa undani jinsi tabaka za silicon zilizochujwa huundwa katika miundo yake ya CMOS. Seli ya CMOS ina transistors mbili - n-MOS na p-MOS (tazama takwimu).

Katika kwanza (n-MOS), chaneli ya transistor (n-channel) inafanya sasa kwa kutumia elektroni (chembe zenye chaji hasi), na kwa pili (p-MOS) - kwa kutumia mashimo (chembe zenye chaji chanya). Ipasavyo, mifumo ya malezi ya silicon iliyochujwa katika kesi hizi mbili ni tofauti. Transistor ya n-MOS hutumia mipako ya nje na safu ya nitridi ya silicon (Si3N4), ambayo kutokana na dhiki ya mitambo kidogo (sehemu ya asilimia) hunyoosha (kwa mwelekeo wa mtiririko wa sasa) kimiani ya glasi ya silicon chini ya lango, kwa sababu ambayo mkondo wa uendeshaji wa chaneli huongezeka kwa 10% (ikilinganishwa, inakuwa wasaa zaidi kwa elektroni. kusonga katika mwelekeo wa kituo). Katika transistors za p-MOS, kinyume chake ni kweli: kiwanja cha silicon-germanium (SiGe) hutumiwa kama nyenzo ya substrate (kwa usahihi zaidi, tu eneo la kukimbia na chanzo), ambayo inasisitiza kidogo kimiani ya silicon chini ya lango kuelekea mwelekeo. ya kituo. Kwa hiyo, inakuwa "rahisi" kwa mashimo "kusonga" kupitia atomi za uchafu wa kukubalika, na sasa ya uendeshaji wa kituo huongezeka kwa 25%. Mchanganyiko wa teknolojia zote mbili hutoa ongezeko la asilimia 20-30 kwa sasa. Kwa hivyo, matumizi ya teknolojia ya silicon iliyochujwa katika aina zote mbili za vifaa (n-MOS na p-MOS) husababisha ongezeko kubwa la utendaji wa transistor huku ikiongeza gharama zao za uzalishaji kwa ~ 2% tu na inaruhusu uundaji wa transistors ndogo zaidi ya inayofuata. vizazi. Intel inapanga kutumia silicon iliyochujwa kwa teknolojia zote za mchakato wa siku zijazo hadi 22 nm.

iPhone 4S. Ulinganisho ulifanywa kulingana na kasi ya usindikaji wa habari na nguvu ya picha ya vifaa. Kichakataji cha A6 kinatoa kipaumbele hiki kwa bidhaa mpya. Baada ya kupima kwa kutumia Javascript na Geekbench, tunaweza kusema kwa usalama kwamba A6 inaweka iPhone 5 mbele ya washindani wake.

Katika kuwasiliana na

Kwa wazi, A6 ni leo, na iPhone 5 sio tu kwa suala la nguvu, lakini bila shaka ni simu ya kwanza kwenye jukwaa. ARM Cortex. Wengine kwa maneno ya iPhone 5 imebadilishwa kikamilifu kufanya kazi zote za Apple. Mbali na cores mbili za CPU, simu mahiri ina cores tatu za GPU. Kama vile wafanyakazi wenza kutoka iFixit wanavyoripoti, ili kujua muundo wa kichakataji cha A6 na kuionyesha kwa ulimwengu, wataalamu kutoka Chipworks walitumia vifaa vya bei ghali ambavyo huweka nyenzo kwa boriti ya ioni. Utaratibu huu hutumia mihimili ya ioni kusoma kwa mpangilio safu za vitu vya semiconductor, na hivyo kutoa matokeo sahihi zaidi na yanayoeleweka.
Mara ya kwanza, Chipworks iligundua kuwa A6 ilitolewa kwa kutumia teknolojia ya mchakato wa 32 nm kutoka Samsung HKMG CMOS. Kwa njia, mchakato huo wa kiufundi ulitumiwa na Apple na Samsung ili kuzalisha processor ya A5 katika Apple TV na iPad 2. Shukrani kwa darubini mpya, yenye nguvu zaidi, mafundi kutoka Chipworks waliweza kupata maelezo sahihi ya NMOS na PMOS. vifaa kwenye chip A6. Bunduki ya elektroni ndani ya darubini hii inategemea kanuni za mechanics ya quantum, ambayo hutoa azimio la juu wakati wa kuchunguza chip. Wataalamu kutoka Chipworks pia waligundua kodeki ya sauti ya Apple 338S1077 Cirrus (Amplifaya ya sauti ya Hatari D), moduli ya Wi-Fi ya Murata 339S0171, modemu ya Qualcomm MDM9615 LTE, na transceiver ya Qualcomm RTR8600 Multi-band/mode RF. Moduli ya Wi-Fi kutoka kwa Murata hakika inafaa kutazamwa:

Murata huweka vipengele vyote pamoja, hutuma kwa Foxconn, ambapo hatimaye hubadilishwa kuwa bodi ya kumaliza kwa iPhone. Wakichanganua vipengele hivyo, wataalam wa Chipworks walisema kwa ufupi: "Murata anajenga nyumba iliyojaa fanicha ya mtu mwingine."

Kama ilivyo kwa kifurushi cha chip nyingi cha processor ya A6, kama ilivyotangazwa, inajumuisha 1 GB ya RAM kutoka Elpida (512 MB), cores mbili za ARM na cores tatu. Wasindikaji wa GPU. Vipimo vya Chip A6 ni kama ifuatavyo.

• upana - 9.70 mm;
• urefu - 9.97 mm;
• Eneo la processor ni mita za mraba 96.71. mm.

Moduli za kamera za iSight ziliundwa na Sony na OmniVision. Sony kwa kamera ya nyuma simu, na OmniVision ilisimamia uundaji wa kamera ya mkutano wa video ya FaceTime 720p. Kuhusu kichakataji cha msingi cha ARM:

Ikilinganishwa na mpango wa awali wa uwekaji wa msingi unaofanana, wakati huu cores za kichakataji video ziko chini, na cores za ARM wenyewe ziko badala ya kawaida.

Kwa kiasi kikubwa, vitalu vya mantiki vimewekwa moja kwa moja kwa kutumia teknolojia ya kompyuta. Walakini, inaonekana kuwa vizuizi vingine vya cores za ARM viliwekwa kwa njia ya kiholela, i.e. weka kwa mikono. Habari juu ya mpangilio wa nasibu wa wasindikaji wa ARM tena husababisha uvumi kwamba Apple imeunda kichakataji maalum cha caliber sawa na Cortex-A15 mpya, na wasindikaji kama hao, lakini tu na mpangilio wa nasibu kwenye chip. kuonekana kwenye soko ndani ya miaka michache ijayo.
Picha hii inaonyesha muundo wa transistors. Unaona mawasiliano madogo yaliyo kati ya transistors? Hizi ni anwani za interlayer. Je, inaonekana kweli? Sasa fikiria jinsi ya kuwaona bila kutumia darubini ya elektroni yenye nguvu zaidi. Nadhani itakuwa sawa kukumbuka kuwa Samsung inabaki kuwa mmoja wa wasambazaji muhimu wa vifaa vya bidhaa za Apple. Na hii licha ya ukweli kwamba Apple, na hasa ndani timu ya uhandisi Apple Intrinsity na PA Semi hawapendi nia ya kampuni kubwa ya Korea Kusini kuuza kwa kiasi kikubwa teknolojia na uwezo wake wa uzalishaji.