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1 # 曉山雲行
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2 # 一點先知
最早的計算機和CPU確實是一個個電晶體電線連線而成。據相關資料表明,最早的計算機體積非常大,用了18000個電子管,佔地150平方米,重達30噸,耗電功率約150千瓦,每秒鐘可進行5000次運算。雖然運算能力對於現代來講不咋樣,但是在那個年代是非常牛了,現在普通家庭的計算機計算能力每秒可達到1萬億次以上。
現在我們所用的晶片上面,成千上萬個電晶體並不是一個一個裝上去的,那麼小的零件,沒辦法一個個裝上去。至少目前的工藝水平是達不到的,即使能達到這樣的精度,做出來的不良品也高的驚人。試想一下,一個CPU上面有上億個零件,只要有一個零件品質或者裝配有問題就會不合格。
晶片製造的核心技術是平版印刷(光刻),透過玻璃光掩膜,使紫外光照射表面塗有光刻膠(一種有機化合物)的矽襯底上。在紫外光照射穿透的地方,光刻膠的化學特性會被削弱,使矽晶片表面留下圖案。接著,矽晶片會被送入一個“化學浴室”,在暴露在外的矽襯底上蝕刻溝槽,同時光刻膠覆蓋的區域不會受到任何影響。這裡是最難的,成本有多高真的無法形容。
實際上,我們能夠看到晶片製作的難度,人類在一個一個的克服,可是你也發現了一些問題,比如說我們現在缺乏的光刻機,一直在被國外壟斷,因為一些外部因素,導致我們在晶片工藝中還處於劣勢,比如即使現在的上海微電子,也不過是90nm的光刻機,這種劣勢如果不能過夠打破,終究還是被外國技術鉗制。
這是我們未來很難,且必須打破的禁錮,晶片製作困難,而打破這種禁錮更困難。
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3 # 梁瑞林
“晶片上的二極體怎麼做得那麼小?”可以提問,也可以給你回答;晶片上的二極體是“怎樣裝上去的?”問得就不對了。
①在半導體積體電路晶片中,二極體、三極體(電晶體)、MOS電晶體(金屬—氧化物—半導體場效應電晶體)、電阻器、電容器,全都是以晶圓(單晶矽圓片)內部的矽為主要材料,共同製作在同一塊晶片內部的;各元器件之間的互聯導線,是靠真空蒸發法鍍制的鋁膜或金膜。參見下圖1。因此,晶片中所有的元器件,包括電阻器,都不是“裝上去的”。在同一片晶圓上可以同時製作許許多多塊積體電路晶片,然後經切割、封裝,成為許許多多相同的積體電路。
②因為製作這些二極體、三極體、MOS管、電阻器、電容器都是靠奈米數量級的光刻機來控制精度的,因此可以“做得那麼小”。
④雙極型半導體積體電路晶片的製作過程與一個普通的雙極型半導體三極體的製作過程是一樣的,場效應型半導體積體電路的製作過程與場效應電晶體的製作過程是一樣的。這裡我們僅以P襯底雙極型積體電路的製作過程(圖4)。它是將預先進行了P型參雜的晶圓片,“清洗”處理乾淨;透過氣相化學反應在矽表面形成非活性的二氧化矽層或氮化矽層,稱為鈍化層,該過程叫作“鈍化”;在鈍化層表面的特定區域,透過光刻機腐蝕掉部分非活性的鈍化層,露出一個個尺寸精確的微型視窗,該過程叫作“光刻”;在光刻形成的視窗區域,往晶圓片內部摻入雜質,形成N型半導體,這時形成一批的N型半導體中,有的是作為半導體三極體的反射區,有的是作為半導體二極體的一個極或者半導體結電容的一個極使用,該過程叫作“摻雜”;然後,再將晶圓片表面“鈍化”;再在將要作為三極體發射極的區域範圍內準備形成三極體基極的地方、以及將要作為半導體二極體或半導體結電容的一個極區的範圍內準備形成另一個極的地方、準備製作半導體體電阻的地方,“光刻”出更小的視窗;利用這個更小的視窗,對晶圓片進行P型半導體“摻雜”,到此為止晶圓內部的半導體三極體的基極、半導體二極體(PN接面)和半導體結電容(PN接面)、半導體體電阻,都已經形成;再一次將晶圓片表面“鈍化”;在電晶體基極內的準備形成集電極的更小範圍內,再次“光刻”出更小的視窗;利用這個更小的視窗,再次進行N型半導體“摻雜”,由此形成了半導體三極體的集電極;再次將整個晶圓片表面“鈍化”;再次“光刻”出準備引出電極的視窗;真空蒸發法鍍制鋁膜,稱為“鍍鋁”;把鋁膜表面被覆光刻膠,經“光刻”鋁膜後,形成鋁膜連線導線。到此為止,一大批完全相同的積體電路晶片就製作完成了,接著透過“劃片”,把整片晶圓切割成一個個的晶片。最後,經過焊接封裝工藝,製成大家經常看到的、帶有引出腳的積體電路。
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4 # 電子及工控技術晶片上的二極體等半導體器件製作過程
晶片中的二極體、三極體以及MOS管等這樣的半導體器件製作在晶片中,就像唐僧去西天取經一樣要經過“九九八十一難”的歷練之後才能修成正果。晶片中的這些半導體器件就是需要許多道工藝的加工,最後才能形成功能強大的整合晶片。下面我將它們主要的生產工序與朋友們簡單分享一下。
第一道工序是矽單晶的製作,矽單晶的塊狀物是我們製作矽晶體片的原材料,它的製作方法比較多,比如將高純度的多晶矽放入石英坩堝中加熱使它熔解,然後將顆粒很小的單晶矽浸入融熔狀態的矽中,凝固後就可以製作出很大的單晶矽了。
第二步就是矽晶片的製作與加工,也就是把大塊的單晶矽切成晶片,這個是把二極體等半導體整合在電路里的基礎,我們通常稱它為襯底。
第三步就是氧化膜的處理,也就是對晶片的表面進行氧化處理。
第四道步驟就是薄膜的澱積,這主要是為了製作二極體、三極體等半導體器件的電極用的。
第五步是進行光刻和蝕刻,這主要是對矽晶片進行加工的步驟。
第六步是進行摻雜,主要是在晶片中注入雜質,目的是將矽晶片一部分變成P型半導體,另一部分是將矽晶片一部分變成N型半導體,這樣就形成了就有PN接面的半導體器件二極體或者三極體了。
7.第七部分是分片的加工工藝,目的就是將矽晶片切割成一片片的晶片,便於後面封裝。
8.第八步就是接合,它的目的就是將晶片裡二極體和三極體等組成的個單元的電極與晶片封裝外側的引腳相連線的加工過程。
9.第九步也就是最後一步,我們叫作封裝。也就是說給製作好的整合晶片穿上“衣服”。這用密封包裝的外衣有塑膠的、金屬的或者玻璃的。透過以上的“九九八十一難”之後,我們所製作的晶片就完成了,等待它的就是檢測驗收了。
以上就是透過簡單的介紹,來說明晶片上的二極體以及三極體等半導體器件製作的主要步驟,然後又是如何“裝”上去的。
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5 # 雨默天邊
這個問題我給大家科普一下,看了很多回答,越看越氣憤!不足之處還請大家諒解,畢竟我不是做這一行的,儘量做到通俗易懂。
提到這個問題,就不得不提電晶體。一個二極體就是一個PN節,具有單向導電性。三極體無非就是PNP型和NPN型,當然了,晶片很少會用到三極體,非門與門多於邏輯運算。就拿電晶體收音機來說,它是先製造零件,然後安裝到已經腐蝕的電路板上。晶片製造過程正好相反,已知零件可以做的很小,如何把這些零件連線起來是個問題。
接下來就要說光刻機。對於晶片來說,光刻機首先要解決電路連線問題,利用顯影技術,首先要在晶圓的一面刻出電路。這個過程和咱們普通電路板蝕刻差不多。以前,在一塊一面覆銅的板子上用漆畫出電路,然後投入硝酸溶液,經過一段時間後取出。有漆覆蓋的銅就會留下形成電路,其他的都會被腐蝕。咱們電腦的主機板也是這樣的,不同工藝主機板顏色是不一樣的,綠版最差,紫紅色主機板更有保障。
電路刻好以後,就要刻零件。一片晶圓刻好電路圖後,是絕對不能通電的!電路圖雖然斷斷續續,但是另一面都是單晶矽是導電的!那怎麼辦呢?接下來就是要打碎這些單晶矽。
打碎這個過程並不難,這和光碟製作工藝有點像。把一片晶圓打碎,突點留著,凹點沖刷下去。這時電路和晶圓就聯絡到一起了,有了P節,電路還是零散的,把凹點注入某種元素,然後沖刷掉不用的部分形成PN節。這時基礎電路就形成了,然後就是封裝。其實封裝技術往往被人忽略,這是不對的。當電路和原件建立起聯絡後,彼此之間的聯絡是很脆弱的,封裝就是要固化前面過程取得的成果。
我就說這麼多了,總體上來說,晶片就是先畫電路,然後刻零件,注入形成完整零件。封裝就是要把前面取得的戰果儲存起來。
回覆列表
是通過幾奈米鐳射,刻蝕掉矽片上沒有遮蓋的地方,留下需要的電路。再進行摻雜。再刻蝕。之後重複再摻雜再刻蝕。
鐳射刀足夠的細,刻的電路就足夠小。但細到一定尺度,1~2奈米,就有量子尺寸效應影響了。這時摩爾定律就失效,需要尋求新的解決方案。比如說石墨烯計算機,量子計算機。