პროცესორის ტრანზისტორი მიკროსკოპის ქვეშ. თანამედროვე მიკროპროცესორები. სად მზადდება Intel პროცესორები?

ჩვენი ციფრული ცხოვრების სტილის ფესვები ნამდვილად მომდინარეობს ნახევარგამტარებიდან, რამაც საშუალება მისცა შექმნათ რთული ტრანზისტორზე დაფუძნებული გამოთვლითი ჩიპები. ისინი ინახავენ და ამუშავებენ მონაცემებს, რაც თანამედროვე მიკროპროცესორების საფუძველია. ნახევარგამტარები, რომლებიც დღეს ქვიშისგან მზადდება, თითქმის ყველა ელექტრონული მოწყობილობის ძირითადი კომპონენტია, კომპიუტერებიდან ლეპტოპებამდე მობილურ ტელეფონებამდე. ახლა მანქანებსაც კი არ შეუძლიათ ნახევარგამტარებისა და ელექტრონიკის გარეშე, რადგან ნახევარგამტარები აკონტროლებენ კონდიცირების სისტემას, საწვავის ინექციის პროცესს, ანთებას, ლუქზე, სარკეებს და საჭესაც კი (BMW Active Steering). დღეს თითქმის ნებისმიერი მოწყობილობა, რომელიც მოიხმარს ენერგიას, აგებულია ნახევარგამტარებზე.

მიკროპროცესორები უდავოდ ყველაზე რთულ ნახევარგამტარულ პროდუქტებს შორისაა, ტრანზისტორების რაოდენობა მალე მილიარდს მიაღწევს და ფუნქციონალობის დიაპაზონი უკვე გასაოცარია. ორბირთვიანი Core 2 პროცესორები მალე გამოვა Intel-ის თითქმის დასრულებული 45 ნმ პროცესის ტექნოლოგიაზე და ისინი უკვე შეიცავენ 410 მილიონ ტრანზისტორს (თუმცა მათი უმეტესობა გამოყენებული იქნება 6 MB L2 ქეშისთვის). 45 ნმ პროცესს დაარქვეს ერთი ტრანზისტორის ზომა, რომელიც ახლა დაახლოებით 1000-ჯერ ნაკლებია ადამიანის თმის დიამეტრზე. გარკვეულწილად, სწორედ ამიტომ იწყებს ელექტრონიკა ყველაფრის კონტროლს ჩვენს ცხოვრებაში: მაშინაც კი, როდესაც ტრანზისტორი უფრო დიდი იყო, არც თუ ისე რთული მიკროსქემების წარმოება ძალიან იაფი იყო, ტრანზისტორების ბიუჯეტი ძალიან დიდი იყო.

ჩვენს სტატიაში განვიხილავთ მიკროპროცესორების წარმოების საფუძვლებს, მაგრამ ასევე შევეხებით პროცესორების ისტორიას, არქიტექტურას და შევხედავთ ბაზარზე არსებულ სხვადასხვა პროდუქტს. ინტერნეტში შეგიძლიათ იპოვოთ ბევრი საინტერესო ინფორმაცია, რომელთაგან ზოგიერთი ჩამოთვლილია ქვემოთ.

• ვიკიპედია: მიკროპროცესორი. ეს სტატია მოიცავს სხვადასხვა ტიპის პროცესორებს და გთავაზობთ ბმულებს მწარმოებლებთან და დამატებით ვიკი გვერდებთან, რომლებიც ეძღვნება პროცესორებს.
• ვიკიპედია: მიკროპროცესორები (კატეგორია). მიკროპროცესორების განყოფილება კიდევ უფრო მეტ ბმულს და ინფორმაციას გვაწვდის.

კომპიუტერის კონკურენტები: AMD და Intel

Advanced Micro Devices Inc.-ის სათაო ოფისი, რომელიც დაარსდა 1969 წელს, მდებარეობს კალიფორნიაში, სანივალში, ხოლო Intel-ის „გული“, რომელიც დაარსდა სულ რაღაც ერთი წლით ადრე, რამდენიმე კილომეტრში მდებარეობს ქალაქ სანტა კლარაში. AMD-ს დღეს ორი ქარხანა აქვს: ოსტინში (ტეხასი, აშშ) და დრეზდენში (გერმანია). ახალი ქარხანა მალე ამოქმედდება. გარდა ამისა, AMD შეუერთდა ძალებს IBM-თან პროცესორის ტექნოლოგიების განვითარებასა და წარმოებაში. რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი Intel-ის ზომის მცირე ნაწილია, რადგან ბაზრის ლიდერი ახლა ოპერირებს თითქმის 20 ქარხანას ცხრა ადგილას. მათი დაახლოებით ნახევარი გამოიყენება მიკროპროცესორების წარმოებისთვის. ასე რომ, როდესაც ადარებთ AMD-ს და Intel-ს, გახსოვდეთ, რომ თქვენ ადარებთ დავითს და გოლიათს.

Intel-ს აქვს უდაო უპირატესობა უზარმაზარი წარმოების სიმძლავრის სახით. დიახ, კომპანია დღეს ლიდერია მოწინავე ტექნოლოგიური პროცესების განხორციელებაში. Intel ამ მხრივ დაახლოებით ერთი წლით უსწრებს AMD-ს. შედეგად, Intel-ს შეუძლია გამოიყენოს მეტი ტრანზისტორი და მეტი ქეში თავის პროცესორებში. AMD-მა, Intel-ისგან განსხვავებით, უნდა მოახდინოს ტექნიკური პროცესის მაქსიმალურად ეფექტურად ოპტიმიზაცია, რათა გააგრძელოს კონკურენტები და აწარმოოს ღირსეული პროცესორები. რა თქმა უნდა, პროცესორების დიზაინი და მათი არქიტექტურა ძალიან განსხვავებულია, მაგრამ ტექნიკური წარმოების პროცესი აგებულია იმავე ძირითად პრინციპებზე. თუმცა, რა თქმა უნდა, მასში ბევრი განსხვავებაა.

მიკროპროცესორის წარმოება

მიკროპროცესორების წარმოება შედგება ორი მნიშვნელოვანი ეტაპისგან. პირველი არის სუბსტრატის წარმოება, რომელსაც AMD და Intel ახორციელებენ თავიანთ ქარხნებში. ეს მოიცავს სუბსტრატს გამტარ თვისებების მინიჭებას. მეორე ეტაპი არის პროცესორის სუბსტრატის ტესტირება, აწყობა და შეფუთვა. ეს უკანასკნელი ოპერაცია ჩვეულებრივ ტარდება ნაკლებად ძვირიან ქვეყნებში. თუ დააკვირდებით Intel-ის პროცესორებს, ნახავთ წარწერას, რომ შეფუთვა განხორციელდა კოსტა რიკაში, მალაიზიაში, ფილიპინებში და ა.შ.

AMD და Intel დღეს ცდილობენ გამოუშვან პროდუქტები ბაზრის სეგმენტების მაქსიმალური რაოდენობით და, უფრო მეტიც, კრისტალების მინიმალური შესაძლო დიაპაზონის საფუძველზე. შესანიშნავი მაგალითია Intel Core 2 Duo პროცესორის ხაზი. არსებობს სამი პროცესორი კოდური სახელებით სხვადასხვა ბაზრისთვის: Merom მობილური აპლიკაციებისთვის, Conroe დესკტოპის ვერსიისთვის, Woodcrest სერვერის ვერსიისთვის. სამივე პროცესორი აგებულია იმავე ტექნოლოგიურ საფუძველზე, რაც მწარმოებელს საშუალებას აძლევს მიიღოს გადაწყვეტილებები წარმოების ბოლო ეტაპებზე. შეგიძლიათ ჩართოთ ან გამორთოთ ფუნქციები, ხოლო საათის სიჩქარის ამჟამინდელი დონე ინტელს აძლევს გამოსაყენებელი კრისტალების შესანიშნავ პროცენტს. თუ მობილურ პროცესორებზე ბაზრის მოთხოვნა გაიზრდება, Intel-მა შეიძლება ფოკუსირება მოახდინოს Socket 479 მოდელების გამოშვებაზე, თუ დესკტოპის მოდელებზე მოთხოვნა გაიზრდება, კომპანია ჩაატარებს ტესტირებას, გადამოწმებას და შეფუთვას Socket 775-ისთვის, ხოლო სერვერის პროცესორები შეფუთულია Socket 771-ისთვის. იქმნება ოთხბირთვიანი პროცესორები: ერთ პაკეტში დამონტაჟებულია ორი ორბირთვიანი ჩიპი, ამიტომ ვიღებთ ოთხ ბირთვს.

როგორ იქმნება ჩიპები

ჩიპის წარმოება გულისხმობს თხელი ფენების დეპონირებას რთული „ნიმუშებით“ სილიკონის სუბსტრატებზე. პირველი, იქმნება საიზოლაციო ფენა, რომელიც მოქმედებს როგორც ელექტრული კარიბჭე. შემდეგ ზემოდან გამოიყენება ფოტორეზისტული მასალა, ხოლო არასასურველი ადგილები ამოღებულია ნიღბებისა და მაღალი ინტენსივობის დასხივების გამოყენებით. როდესაც დასხივებული ადგილები ამოღებულია, სილიციუმის დიოქსიდის უბნები ქვემოდან გამოიკვეთება, რომელიც ამოღებულია გრავირებით. ამის შემდეგ, ფოტორეზისტული მასალაც ამოღებულია და სილიკონის ზედაპირზე ვიღებთ გარკვეულ სტრუქტურას. შემდეგ ტარდება დამატებითი ფოტოლითოგრაფიული პროცესები, სხვადასხვა მასალით, სასურველი სამგანზომილებიანი სტრუქტურის მიღებამდე. თითოეული ფენა შეიძლება იყოს დოპირებული კონკრეტული ნივთიერებით ან იონებით, ცვლის ელექტრული თვისებები. ფანჯრები იქმნება თითოეულ ფენაში, რათა შემდეგ მოხდეს ლითონის კავშირები.

რაც შეეხება სუბსტრატების წარმოებას, ისინი უნდა დაიჭრას ერთი ცილინდრიანი მონოკრისტალიდან თხელ „ბლინებს“, რათა შემდეგ ადვილად დაიჭრას ცალკეული პროცესორის ჩიპებად. წარმოების ყოველ ეტაპზე, კომპლექსური ტესტირება ტარდება ხარისხის შესაფასებლად. ელექტრული ზონდები გამოიყენება სუბსტრატზე თითოეული ჩიპის შესამოწმებლად. ბოლოს სუბსტრატი იჭრება ინდივიდუალურ ბირთვებად და არასამუშაო ბირთვები დაუყოვნებლივ იშლება. მახასიათებლებიდან გამომდინარე, ბირთვი ხდება ამა თუ იმ პროცესორად და შეფუთულია პაკეტში, რაც აადვილებს პროცესორის დაყენებას დედაპლატზე. ყველა ფუნქციური ერთეული გადის ინტენსიურ სტრეს ტესტებს.

ეს ყველაფერი იწყება სუბსტრატებით

პირველი ნაბიჯი პროცესორების წარმოებაში ხდება სუფთა ოთახში. სხვათა შორის, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ასეთი მაღალტექნოლოგიური წარმოება წარმოადგენს კვადრატულ მეტრზე უზარმაზარი კაპიტალის დაგროვებას. თანამედროვე ქარხნის მშენებლობა ყველა აღჭურვილობით მარტივად 2-3 მილიარდი დოლარი ჯდება, ხოლო ახალი ტექნოლოგიების სატესტო გაშვებას რამდენიმე თვე სჭირდება. მხოლოდ ამის შემდეგ შეუძლია მცენარეს მასობრივი წარმოების პროცესორები.

ზოგადად, ჩიპის წარმოების პროცესი შედგება ვაფლის დამუშავების რამდენიმე ეტაპისგან. ეს მოიცავს თავად სუბსტრატების შექმნას, რომლებიც საბოლოოდ დაიჭრება ცალკეულ კრისტალებად.

ყველაფერი იწყება ერთი ბროლის გაზრდით, რისთვისაც თესლის კრისტალი ჩასმულია გამდნარი სილიკონის აბაზანაში, რომელიც მდებარეობს პოლიკრისტალური სილიკონის დნობის წერტილის ზემოთ. მნიშვნელოვანია, რომ კრისტალები ნელა გაიზარდოს (დაახლოებით ერთი დღე), რათა უზრუნველყოს ატომების სწორად განლაგება. პოლიკრისტალური ან ამორფული სილიციუმი შედგება მრავალი განსხვავებული კრისტალებისაგან, რაც გამოიწვევს არასასურველი ზედაპირული სტრუქტურების გამოჩენას ცუდი ელექტრული თვისებებით. მას შემდეგ, რაც სილიციუმი დნება, ის შეიძლება დოპინგი სხვა ნივთიერებებით, რომლებიც ცვლის მის ელექტრულ თვისებებს. მთელი პროცესი ხდება დახურულ ოთახში სპეციალური ჰაერის შემადგენლობით, რათა სილიციუმი არ დაიჟანგოს.

ერთკრისტალი იჭრება "ბლინები" ალმასის ხვრელის ხერხის გამოყენებით, რომელიც ძალიან ზუსტია და არ ქმნის დიდ დარღვევებს სუბსტრატის ზედაპირზე. რა თქმა უნდა, სუბსტრატების ზედაპირი ჯერ კიდევ არ არის იდეალურად ბრტყელი, ამიტომ საჭიროა დამატებითი ოპერაციები.

პირველ რიგში, მბრუნავი ფოლადის ფირფიტებისა და აბრაზიული მასალის გამოყენებით (როგორიცაა ალუმინის ოქსიდი), სქელი ფენა ამოღებულია სუბსტრატებიდან (პროცესი, რომელსაც ლაპინგი ეწოდება). შედეგად, 0,05 მმ-დან დაახლოებით 0,002 მმ-მდე (2000 ნმ) ზომით დაწყებული დარღვევები აღმოიფხვრება. შემდეგ თითოეული საყრდენის კიდეები უნდა დამრგვალოთ, რადგან მკვეთრმა კიდეებმა შეიძლება გამოიწვიოს ფენების გახეხვა. შემდეგი, გამოიყენება ოქროვის პროცესი, სხვადასხვა ქიმიკატების (ჰიდროფტორმჟავა, ძმარმჟავა, აზოტის მჟავა) გამოყენებისას ზედაპირი გლუვდება დაახლოებით 50 მიკრონით. ზედაპირი ფიზიკურად არ არის დეგრადირებული, რადგან მთელი პროცესი მთლიანად ქიმიურია. ეს საშუალებას გაძლევთ წაშალოთ კრისტალური სტრუქტურაში დარჩენილი შეცდომები, რის შედეგადაც ზედაპირი იდეალურია.

ბოლო ნაბიჯი არის გაპრიალება, რომელიც არბილებს ზედაპირს მაქსიმალურ უხეშობამდე 3 ნმ. გაპრიალება ხორციელდება ნატრიუმის ჰიდროქსიდის და მარცვლოვანი სილიციუმის ნარევის გამოყენებით.

დღეს, მიკროპროცესორული ვაფლები 200 მმ ან 300 მმ დიამეტრისაა, რაც ჩიპების შემქმნელებს საშუალებას აძლევს შექმნან რამდენიმე პროცესორი თითოეულიდან. შემდეგი ნაბიჯი იქნება 450 მმ სუბსტრატები, მაგრამ მათ 2013 წლამდე არ უნდა ველოდოთ. ზოგადად, რაც უფრო დიდია სუბსტრატის დიამეტრი, მით მეტია იმავე ზომის ჩიპის დამზადება. მაგალითად, 300 მმ ვაფლი აწარმოებს ორჯერ მეტ პროცესორს, ვიდრე 200 მმ ვაფლი.

ჩვენ უკვე აღვნიშნეთ დოპინგი, რომელიც ტარდება ერთკრისტალის ზრდის დროს. მაგრამ დოპინგი კეთდება როგორც მზა სუბსტრატით, ასევე მოგვიანებით ფოტოლითოგრაფიული პროცესების დროს. ეს საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ გარკვეული უბნების და ფენების ელექტრული თვისებები და არა მთელი კრისტალური სტრუქტურა

დოპანტის დამატება შეიძლება მოხდეს დიფუზიის გზით. დოპანტის ატომები ავსებენ თავისუფალ სივრცეს კრისტალური მედის შიგნით, სილიკონის სტრუქტურებს შორის. ზოგიერთ შემთხვევაში შესაძლებელია არსებული სტრუქტურის შენადნობა. დიფუზია ხორციელდება აირების (აზოტის და არგონის) გამოყენებით ან მყარი ან შენადნობი ნივთიერების სხვა წყაროების გამოყენებით.

დოპინგის კიდევ ერთი მიდგომაა იონის იმპლანტაცია, რომელიც ძალიან სასარგებლოა დოპირებული სუბსტრატის თვისებების შესაცვლელად, ვინაიდან იონის იმპლანტაცია ხორციელდება ნორმალურ ტემპერატურაზე. ამიტომ არსებული მინარევები არ იშლება. თქვენ შეგიძლიათ წაისვათ ნიღაბი სუბსტრატზე, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დაამუშავოთ მხოლოდ გარკვეული ადგილები. რა თქმა უნდა, შეიძლება დიდხანს ვისაუბროთ იონის იმპლანტაციაზე და ვისაუბროთ შეღწევადობის სიღრმეზე, დანამატის გააქტიურებაზე მაღალ ტემპერატურაზე, არხის ეფექტებზე, ოქსიდის დონეზე შეღწევაზე და ა.შ., მაგრამ ეს ჩვენი სტატიის ფარგლებს სცილდება. პროცედურა შეიძლება რამდენჯერმე განმეორდეს წარმოების დროს.

ინტეგრირებული მიკროსქემის სექციების შესაქმნელად გამოიყენება ფოტოლითოგრაფიის პროცესი. ვინაიდან არ არის აუცილებელი სუბსტრატის მთლიანი ზედაპირის დასხივება, მნიშვნელოვანია გამოიყენოს ეგრეთ წოდებული ნიღბები, რომლებიც გადასცემენ მაღალი ინტენსივობის გამოსხივებას მხოლოდ გარკვეულ უბნებზე. ნიღბები შეიძლება შევადაროთ შავ-თეთრ ნეგატივს. ინტეგრირებულ სქემებს აქვთ მრავალი ფენა (20 ან მეტი) და თითოეულ მათგანს სჭირდება საკუთარი ნიღაბი.

თხელი ქრომის ფირის სტრუქტურა გამოიყენება კვარცის შუშის ფირფიტის ზედაპირზე ნიმუშის შესაქმნელად. ამ შემთხვევაში, ძვირადღირებული ინსტრუმენტები ელექტრონული სხივის ან ლაზერის გამოყენებით წერენ ინტეგრირებულ მიკროსქემის აუცილებელ მონაცემებს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქრომის ნიმუში კვარცის სუბსტრატის ზედაპირზე. მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ინტეგრირებული მიკროსქემის ყოველი მოდიფიკაცია იწვევს ახალი ნიღბების წარმოების აუცილებლობას, ამიტომ ცვლილებების შეტანის მთელი პროცესი ძალიან ძვირია. ძალიან რთული სქემებისთვის, ნიღბების შექმნას ძალიან დიდი დრო სჭირდება.

ფოტოლითოგრაფიის გამოყენებით, სტრუქტურა ყალიბდება სილიკონის სუბსტრატზე. პროცესი რამდენჯერმე მეორდება, სანამ ბევრი ფენა (20-ზე მეტი) არ შეიქმნება. ფენები შეიძლება შედგებოდეს სხვადასხვა მასალისგან და თქვენ ასევე უნდა იფიქროთ მიკროსკოპული მავთულის კავშირებით. ყველა ფენა შეიძლება იყოს შენადნობი.

ფოტოლითოგრაფიის პროცესის დაწყებამდე სუბსტრატი იწმინდება და თბება წებოვანი ნაწილაკების და წყლის მოსაშორებლად. შემდეგ სუბსტრატი დაფარულია სილიციუმის დიოქსიდით სპეციალური მოწყობილობის გამოყენებით. შემდეგ, სუბსტრატზე გამოიყენება დამაკავშირებელი აგენტი, რომელიც უზრუნველყოფს, რომ ფოტორეზისტული მასალა, რომელიც გამოყენებული იქნება შემდეგ ეტაპზე, რჩება სუბსტრატზე. ფოტორეზისტული მასალა გამოიყენება სუბსტრატის შუაზე, რომელიც შემდეგ იწყებს ბრუნვას დიდი სიჩქარით ისე, რომ ფენა თანაბრად გადანაწილდეს სუბსტრატის მთელ ზედაპირზე. შემდეგ სუბსტრატი კვლავ თბება.

შემდეგ, ნიღბის საშუალებით, საფარი დასხივდება კვანტური ლაზერით, მყარი ულტრაიისფერი გამოსხივებით, რენტგენის სხივებით, ელექტრონების ან იონების სხივებით - ყველა ამ სინათლის ან ენერგიის წყაროების გამოყენება შესაძლებელია. ელექტრონული სხივები ძირითადად გამოიყენება ნიღბების შესაქმნელად, რენტგენის სხივები და იონური სხივები გამოიყენება კვლევის მიზნებისთვის, ხოლო სამრეწველო წარმოებაში დღეს დომინირებს მყარი ულტრაიისფერი გამოსხივება და გაზის ლაზერები.

მყარი ულტრაიისფერი გამოსხივება ტალღის სიგრძით 13,5 ნმ ასხივებს ფოტორეზისტულ მასალას ნიღბის გავლით.

პროექციის დრო და ფოკუსირება ძალიან მნიშვნელოვანია სასურველი შედეგის მისაღწევად. ცუდი ფოკუსირება გამოიწვევს ფოტორეზისტული მასალის ჭარბი ნაწილაკების დარჩენას, რადგან ნიღბის ზოგიერთი ხვრელი სათანადოდ არ იქნება დასხივებული. იგივე მოხდება, თუ პროექციის დრო ძალიან მოკლეა. შემდეგ ფოტორეზისტული მასალის სტრუქტურა ძალიან ფართო იქნება, ხვრელების ქვეშ მდებარე უბნები არ იქნება გამოვლენილი. მეორეს მხრივ, გადაჭარბებული პროექციის დრო ქმნის ძალიან დიდ უბნებს ხვრელების ქვეშ და ძალიან ვიწრო ფოტორეზისტული მასალის სტრუქტურას. როგორც წესი, ძალიან შრომატევადი და რთულია პროცესის რეგულირება და ოპტიმიზაცია. წარუმატებელი კორექტირება გამოიწვევს სერიოზულ გადახრებს დამაკავშირებელ დირიჟორებში.

სპეციალური ნაბიჯ-ნაბიჯ პროექციის ინსტალაცია გადააქვს სუბსტრატს სასურველ პოზიციაზე. შემდეგ შესაძლებელია ხაზის ან ერთი განყოფილების დაპროექტება, რომელიც ყველაზე ხშირად შეესაბამება ერთ პროცესორის ჩიპს. დამატებით მიკროინსტალაციამ შეიძლება შეიტანოს დამატებითი ცვლილებები. მათ შეუძლიათ არსებული ტექნოლოგიების გამართვა და ტექნიკური პროცესის ოპტიმიზაცია. მიკრო დანადგარები ჩვეულებრივ მუშაობს 1 კვადრატულ მეტრზე მცირე ფართობზე. მმ, ხოლო ჩვეულებრივი დანადგარები უფრო დიდ ფართობებს მოიცავს.

შემდეგ სუბსტრატი გადადის ახალ ეტაპზე, სადაც დასუსტებული ფოტორეზისტული მასალა ამოღებულია, რაც სილიციუმის დიოქსიდზე წვდომის საშუალებას იძლევა. არსებობს სველი და მშრალი გრავირების პროცესები, რომლებიც მკურნალობენ სილიციუმის დიოქსიდის უბნებს. სველი პროცესების დროს გამოიყენება ქიმიური ნაერთები, ხოლო მშრალი პროცესები გაზს. ცალკე პროცესი მოიცავს ნარჩენი ფოტორეზისტული მასალის მოცილებას. მწარმოებლები ხშირად აერთიანებენ სველ და მშრალ მოცილებას, რათა უზრუნველყონ ფოტორეზისტული მასალის მთლიანად მოცილება. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან ფოტორეზისტული მასალა ორგანულია და თუ არ მოიხსნება, შეიძლება გამოიწვიოს დეფექტები სუბსტრატზე. აკრავის და გაწმენდის შემდეგ, შეგიძლიათ დაიწყოთ სუბსტრატის შემოწმება, რაც ჩვეულებრივ ხდება თითოეულ მნიშვნელოვან ეტაპზე, ან გადაიტანოთ სუბსტრატი ახალ ფოტოლითოგრაფიულ ციკლზე.

სუბსტრატის ტესტირება, აწყობა, შეფუთვა

მზა სუბსტრატების ტესტირება ხდება ე.წ. ისინი მუშაობენ მთელ სუბსტრატთან. ზონდის კონტაქტები გამოიყენება თითოეული ბროლის კონტაქტებზე, რაც საშუალებას იძლევა ჩატარდეს ელექტრული ტესტები. პროგრამა ამოწმებს თითოეული ბირთვის ყველა ფუნქციას.

დაჭრით შესაძლებელია სუბსტრატიდან ცალკეული მარცვლების მიღება. ამ დროისთვის, ზონდის კონტროლის დანადგარებმა უკვე დაადგინეს, თუ რომელი კრისტალები შეიცავს შეცდომებს, ასე რომ, ჭრის შემდეგ ისინი შეიძლება განცალკევდეს კარგიდან. ადრე დაზიანებული კრისტალები ფიზიკურად იყო მონიშნული, მაგრამ ახლა ამის საჭიროება არ არის, ყველა ინფორმაცია ინახება ერთ მონაცემთა ბაზაში.

ბროლის სამაგრი

შემდეგ ფუნქციური ბირთვი უნდა იყოს მიბმული პროცესორის პაკეტზე წებოვანი მასალის გამოყენებით.

შემდეგ თქვენ უნდა გააკეთოთ მავთულის კავშირი, რომელიც აკავშირებს პაკეტის კონტაქტებს ან ფეხებს და თავად ბროლს. შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოქროს, ალუმინის ან სპილენძის კავშირები.

თანამედროვე პროცესორების უმეტესობა იყენებს პლასტმასის შეფუთვას სითბოს გამავრცელებლით.

როგორც წესი, ბირთვი მოთავსებულია კერამიკულში ან პლასტმასში დაზიანების თავიდან ასაცილებლად. თანამედროვე პროცესორები აღჭურვილია ეგრეთ წოდებული სითბოს გამავრცელებელით, რომელიც უზრუნველყოფს ჩიპის დამატებით დაცვას, ასევე ქულერთან უფრო დიდ კონტაქტურ ზედაპირს.

CPU ტესტირება

ბოლო ეტაპი მოიცავს პროცესორის ტესტირებას, რომელიც ხდება ამაღლებულ ტემპერატურაზე, პროცესორის სპეციფიკაციების შესაბამისად. პროცესორი ავტომატურად დამონტაჟებულია სატესტო სოკეტში, რის შემდეგაც ხდება ყველა საჭირო ფუნქციის ანალიზი.

მიკროსქემების წარმოება ძალიან რთული საქმეა და ამ ბაზრის ჩაკეტილობა, პირველ რიგში, ნაკარნახევია დღეს დომინანტური ფოტოლითოგრაფიის ტექნოლოგიის მახასიათებლებით. მიკროსკოპული ელექტრონული სქემები დაპროექტებულია სილიკონის ვაფლზე ფოტონიღბების საშუალებით, რომელთაგან თითოეულის ღირებულებამ შეიძლება მიაღწიოს 200 000 დოლარს, იმავდროულად, მინიმუმ 50 ასეთი ნიღაბია საჭირო ერთი ჩიპის დასამზადებლად. ამას დაუმატეთ „ცდისა და შეცდომის“ ღირებულება ახალი მოდელების შემუშავებისას და მიხვდებით, რომ მხოლოდ ძალიან დიდ კომპანიებს შეუძლიათ აწარმოონ პროცესორები ძალიან დიდი რაოდენობით.

რა უნდა გააკეთონ სამეცნიერო ლაბორატორიებმა და მაღალტექნოლოგიური სტარტაპებმა, რომლებსაც არასტანდარტული დიზაინი სჭირდებათ? რა ვუყოთ სამხედროებს, ვისთვისაც "სავარაუდო მტრისგან" პროცესორების ყიდვა, რბილად რომ ვთქვათ, არ არის comme il faut?

ჩვენ ვეწვიეთ ჰოლანდიური კომპანიის Mapper-ის რუსულ საწარმოს, რომლის წყალობითაც მიკროსქემების წარმოება შეიძლება შეწყდეს ციურ სამყაროს და იქცეს უბრალო მოკვდავთა საქმიანობად. კარგად, ან თითქმის მარტივი. აქ, მოსკოვის ტექნოპოლისის ტერიტორიაზე, კორპორაციის Rusnano-ს ფინანსური მხარდაჭერით, იწარმოება Mapper-ის ტექნოლოგიის ძირითადი კომპონენტი - ელექტრონულ-ოპტიკური სისტემა.

თუმცა, სანამ Mapper-ის ნიღბიანი ლითოგრაფიის ნიუანსებს გავიგებთ, ღირს ჩვეულებრივი ფოტოლითოგრაფიის საფუძვლების გახსენება.

მოუხერხებელი სინათლე

თანამედროვე Intel Core i7 პროცესორი შეიძლება შეიცავდეს დაახლოებით 2 მილიარდ ტრანზისტორს (დამოკიდებულია მოდელზე), რომელთაგან თითოეული არის 14 ნმ ზომის. გამოთვლითი სიმძლავრის მისაღწევად, მწარმოებლები ყოველწლიურად ამცირებენ ტრანზისტორების ზომას და ზრდის მათ რაოდენობას. ამ რასის სავარაუდო ტექნოლოგიური ზღვარი შეიძლება ჩაითვალოს 5 ნმ: ასეთ დისტანციებზე იწყება კვანტური ეფექტების გამოჩენა, რის გამოც მეზობელ უჯრედებში ელექტრონები შეიძლება არაპროგნოზირებად მოიქცნენ.

მიკროსკოპული ნახევარგამტარული სტრუქტურების სილიკონის ვაფლზე დასაფენად, ისინი იყენებენ ფოტოგრაფიული გამდიდრების მსგავს პროცესს. თუ მისი მიზანი საპირისპირო არ არის - გამოსახულება რაც შეიძლება პატარა გახადოს. ფირფიტა (ან დამცავი ფილმი) დაფარულია ფოტორეზისტით - პოლიმერული ფოტომგრძნობიარე მასალით, რომელიც იცვლის თავის თვისებებს სინათლით დასხივებისას. საჭირო ჩიპის ნიმუში ექვემდებარება ფოტორეზისტს ნიღბისა და შემგროვებელი ლინზის მეშვეობით. ნაბეჭდი ვაფლები, როგორც წესი, ოთხჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე ნიღბები.

ისეთ ნივთიერებებს, როგორიცაა სილიციუმი ან გერმანიუმი, აქვთ ოთხი ელექტრონი გარე ენერგიის დონეზე. ისინი ქმნიან ლამაზ კრისტალებს, რომლებიც ლითონის მსგავსია. მაგრამ, ლითონისგან განსხვავებით, ისინი არ ატარებენ ელექტროენერგიას: მათი ყველა ელექტრონი ჩართულია მძლავრ კოვალენტურ ბმებში და ვერ მოძრაობს. თუმცა, ყველაფერი შეიცვლება, თუ მათ დაუმატებთ მცირე დონორულ მინარევებს გარე დონეზე ხუთი ელექტრონის მქონე ნივთიერებისგან (ფოსფორი ან დარიშხანი). ოთხი ელექტრონი უკავშირდება სილიკონს, რის გამოც ერთი თავისუფალია. სილიკონი დონორის მინარევით (n-ტიპი) კარგი გამტარია. თუ გარე დონეზე სამი ელექტრონის მქონე ნივთიერებიდან (ბორი, ინდიუმი) მიღებულ მინარევს დაამატებთ სილიკონს, ანალოგიურად წარმოიქმნება "ხვრელები", დადებითი მუხტის ვირტუალური ანალოგი. ამ შემთხვევაში ვსაუბრობთ p-ტიპის ნახევარგამტარზე. p და n ტიპის გამტარების შეერთებით ვიღებთ დიოდს - ნახევარგამტარ მოწყობილობას, რომელიც დენს მხოლოდ ერთი მიმართულებით გადის. p-n-p ან n-p-n კომბინაცია გვაძლევს ტრანზისტორს - მასში დენი გადის მხოლოდ ცენტრალურ გამტარზე გარკვეული ძაბვის დაყენების შემთხვევაში.

სინათლის დიფრაქცია თავისებურად არეგულირებს ამ პროცესს: ნიღბის ხვრელების გავლისას სხივი ოდნავ ირღვევა და ერთი წერტილის ნაცვლად, კონცენტრული წრეების სერია იხსნება, თითქოს აუზში ჩაგდებული ქვისგან. . საბედნიეროდ, დიფრაქცია უკუკავშირშია ტალღის სიგრძესთან, რაც ინჟინრები სარგებლობენ ულტრაიისფერი სინათლის გამოყენებით ტალღის სიგრძე 195 ნმ. რატომ არც ნაკლები? უბრალოდ, უფრო მოკლე ტალღას შემგროვებელი ლინზა არ გადაიტეხავს, ​​სხივები გაივლის ფოკუსირების გარეშე. ასევე შეუძლებელია ლინზების შეგროვების უნარის გაზრდა - სფერული აბერაცია ამას არ დაუშვებს: თითოეული სხივი გაივლის ოპტიკურ ღერძს თავის წერტილში, არღვევს ფოკუსირებას.

მაქსიმალური კონტურის სიგანე, რომლის გადაღებაც შესაძლებელია ფოტოლითოგრაფიის გამოყენებით, არის 70 ნმ. უფრო მაღალი გარჩევადობის ჩიპები იბეჭდება რამდენიმე ეტაპად: გამოიყენება 70 ნანომეტრიანი კონტურები, ირთვება წრედი, შემდეგ კი ახალი ნიღბის მეშვეობით იხსნება შემდეგი ნაწილი.

ამჟამად განვითარებაშია ღრმა ულტრაიისფერი ფოტოლითოგრაფიის ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს სინათლის ექსტრემალური ტალღის სიგრძით დაახლოებით 13,5 ნმ. ტექნოლოგია გულისხმობს ვაკუუმური და მრავალშრიანი სარკეების გამოყენებას ასახვით, რომელიც დაფუძნებულია ფენების ჩარევაზე. ნიღაბი ასევე არ იქნება გამჭვირვალე, არამედ ამრეკლავი ელემენტი. სარკეები თავისუფალია გარდატეხის ფენომენისგან, ამიტომ მათ შეუძლიათ ნებისმიერი ტალღის სიგრძის სინათლეზე მუშაობა. მაგრამ ამ დროისთვის ეს მხოლოდ კონცეფციაა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მომავალში.

როგორ მზადდება დღეს პროცესორები

იდეალურად გაპრიალებული მრგვალი სილიკონის ვაფლი 30 სმ დიამეტრით დაფარულია ფოტორეზისტის თხელი ფენით. ცენტრიდანული ძალა ხელს უწყობს ფოტორეზისტის თანაბრად განაწილებას.

მომავალი წრე ექვემდებარება ფოტორეზისტს ნიღბის საშუალებით. ეს პროცესი ბევრჯერ მეორდება, რადგან ერთი ვაფლისგან ბევრი ჩიპი იწარმოება.

ფოტორეზისტის ნაწილი, რომელიც ექვემდებარება ულტრაიისფერ გამოსხივებას, ხდება ხსნადი და ადვილად მოიხსნება ქიმიკატების გამოყენებით.

სილიკონის ვაფლის ის ადგილები, რომლებიც არ არის დაცული ფოტორეზისტით, ქიმიურად არის ამოტვიფრული. მათ ადგილას წარმოიქმნება დეპრესიები.

ფოტორეზისტის ფენა კვლავ გამოიყენება ვაფლზე. ამჯერად, ექსპოზიცია ავლენს იმ უბნებს, რომლებიც ექვემდებარება იონური დაბომბვას.

ელექტრული ველის გავლენით მინარევების იონები აჩქარებენ 300000 კმ/სთ-ზე მეტ სიჩქარეს და შეაღწევენ სილიციუმს, რაც მას ნახევარგამტარის თვისებებს აძლევს.

დარჩენილი ფოტორეზისტის მოხსნის შემდეგ, დასრულებული ტრანზისტორები რჩება ვაფლზე. ზემოდან გამოიყენება დიელექტრიკის ფენა, რომელშიც კონტაქტების ხვრელები იჭრება იმავე ტექნოლოგიის გამოყენებით.

ფირფიტა მოთავსებულია სპილენძის სულფატის ხსნარში და მასზე გამტარი ფენა გამოიყენება ელექტროლიზის გამოყენებით. შემდეგ მთელი ფენა ამოღებულია სახეხით, მაგრამ ნახვრეტებში კონტაქტები რჩება.

კონტაქტები დაკავშირებულია ლითონის "მავთულის" მრავალსართულიანი ქსელით. "სართულების" რაოდენობამ შეიძლება მიაღწიოს 20-ს, ხოლო საერთო გაყვანილობის დიაგრამას ეწოდება პროცესორის არქიტექტურა.

მხოლოდ ახლა ფირფიტა იჭრება მრავალ ინდივიდუალურ ჩიპებად. თითოეული "კრისტალი" შემოწმებულია და მხოლოდ ამის შემდეგ დამონტაჟებულია დაფაზე კონტაქტებით და დაფარულია ვერცხლის რადიატორის თავსახურით.

13000 ტელევიზორი

ფოტოლითოგრაფიის ალტერნატივაა ელექტროლითოგრაფია, როდესაც ექსპოზიცია ხდება არა სინათლით, არამედ ელექტრონებით და არა ფოტორეზისტით, არამედ ელექტრორეზისტით. ელექტრონული სხივი ადვილად ფოკუსირებულია მინიმალურ ზომამდე, 1 ნმ-მდე. ტექნოლოგია ტელევიზორზე კათოდური სხივის მილის მსგავსია: ელექტრონების ფოკუსირებული ნაკადი გადახრილია საკონტროლო ხვეულებით, ასახავს სურათს სილიკონის ვაფლზე.

ბოლო დრომდე, ეს ტექნოლოგია კონკურენციას ვერ უწევდა ტრადიციულ მეთოდს დაბალი სიჩქარის გამო. იმისთვის, რომ ელექტრორეზისტმა რეაგირება მოახდინოს დასხივებაზე, მან უნდა მიიღოს ელექტრონების გარკვეული რაოდენობა ერთეულ ფართობზე, ასე რომ, ერთ სხივს შეუძლია საუკეთესოდ გამოაშკარავოს 1 სმ2/სთ. ეს მისაღებია ლაბორატორიებიდან ერთჯერადი შეკვეთებისთვის, მაგრამ არ გამოიყენება ინდუსტრიაში.

სამწუხაროდ, შეუძლებელია პრობლემის გადაჭრა სხივის ენერგიის გაზრდით: მუხტების მსგავსად იგერიებენ ერთმანეთს, ამიტომ დენი იზრდება, ელექტრონული სხივი ფართოვდება. მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ გაზარდოთ სხივების რაოდენობა ერთდროულად რამდენიმე ზონის გამოვლენით. და თუ რამდენიმე არის 13000, როგორც Mapper ტექნოლოგიაში, მაშინ, გათვლებით, შესაძლებელია საათში ათი სრულფასოვანი ჩიპის დაბეჭდვა.

რა თქმა უნდა, 13000 კათოდური მილის ერთ მოწყობილობაში გაერთიანება შეუძლებელი იქნებოდა. Mapper-ის შემთხვევაში, წყაროდან გამოსხივება მიმართულია კოლიმატორის ლინზაზე, რომელიც ქმნის ელექტრონების ფართო პარალელურ სხივს. მის გზაზე დგას დიაფრაგმის მატრიცა, რომელიც აქცევს მას 13000 ცალკეულ სხივად. სხივები გადის ბლანკერ მატრიცაში - სილიკონის ვაფლი 13000 ნახვრეტით. გადახრის ელექტროდი მდებარეობს თითოეულ მათგანთან ახლოს. თუ მასზე დენი მიეწოდება, ელექტრონებს "გამოტოვებენ" თავიანთ ხვრელს და 13000 სხივიდან ერთ-ერთი გამორთულია.

ბლანკერების გავლის შემდეგ, სხივები მიმართულია დეფლექტორების მატრიცისკენ, რომელთაგან თითოეულს შეუძლია გადაიტანოს თავისი სხივი რამდენიმე მიკრონი მარჯვნივ ან მარცხნივ, ფირფიტის მოძრაობასთან შედარებით (ასე რომ Mapper მაინც წააგავს 13000 სურათის მილს). და ბოლოს, თითოეული სხივი შემდგომში ფოკუსირებულია საკუთარი მიკროლინზით და შემდეგ მიმართულია ელექტრორეზისტზე. დღეისათვის Mapper ტექნოლოგია გამოცდილია ფრანგულ მიკროელექტრონულ კვლევით ინსტიტუტში CEA-Leti და TSMC-ში, რომელიც აწარმოებს მიკროპროცესორებს ბაზრის წამყვანი მოთამაშეებისთვის (მათ შორის Apple iPhone 6S). სისტემის ძირითადი კომპონენტები, მათ შორის სილიკონის ელექტრონული ლინზები, იწარმოება მოსკოვის ქარხანაში.

Mapper ტექნოლოგია ახალ პერსპექტივებს გვპირდება არა მხოლოდ კვლევით ლაბორატორიებსა და მცირე (მათ შორის სამხედრო) წარმოებას, არამედ დიდ მოთამაშეებსაც. ამჟამად ახალი პროცესორების პროტოტიპების შესამოწმებლად აუცილებელია ზუსტად იგივე ფოტო ნიღბების დამზადება, რაც მასობრივი წარმოებისთვის. სქემების პროტოტიპის შედარებით სწრაფად შექმნის შესაძლებლობა გვპირდება არა მხოლოდ განვითარების ხარჯების შემცირებას, არამედ ამ სფეროში პროგრესის დაჩქარებას. რაც საბოლოოდ სარგებლობს ელექტრონიკის მასობრივ მომხმარებელს, ანუ ყველა ჩვენგანს.

iPhone 4S. შედარება მოხდა ინფორმაციის დამუშავების სიჩქარისა და მოწყობილობების გრაფიკული სიმძლავრის საფუძველზე. A6 პროცესორი ამ პრიორიტეტს ახალ პროდუქტს ანიჭებს. Javascript-ისა და Geekbench-ის გამოყენებით ტესტირების შემდეგ, თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ A6 აყენებს iPhone 5-ს კონკურენტებზე ბევრად წინ.

კონტაქტში

ცხადია, A6 არის დღეს და iPhone 5 არა მხოლოდ სიმძლავრის თვალსაზრისით, არამედ, რა თქმა უნდა, არის პირველი ტელეფონი ARM Cortex პლატფორმაზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, iPhone 5 სრულად არის ადაპტირებული Apple-ის აბსოლუტურად ყველა ამოცანის შესასრულებლად. ორი CPU ბირთვის გარდა, სმარტფონი აღჭურვილია სამი GPU ბირთვით. როგორც iFixit-ის კოლეგები იუწყებიან, A6 პროცესორის სტრუქტურის გასარკვევად და მსოფლიოსათვის მისი ჩვენების მიზნით, Chipworks-ის სპეციალისტებმა გამოიყენეს ძვირადღირებული მოწყობილობა, რომელიც იონური სხივით ამუშავებს მასალებს. ეს პროცესი იყენებს იონურ სხივებს ნახევარგამტარული ობიექტების ფენების თანმიმდევრულად შესასწავლად, რაც უზრუნველყოფს ყველაზე ზუსტ და გასაგებ შედეგებს.
თავდაპირველად Chipworks-მა გაარკვია, რომ A6 წარმოებული იყო Samsung HKMG CMOS-ის 32 ნმ პროცესის ტექნოლოგიის გამოყენებით. სხვათა შორის, იგივე ტექნიკური პროცესი გამოიყენეს Apple-მა და Samsung-მა Apple TV-სა და iPad 2-ში A5 პროცესორის წარმოებისთვის. ახალი, უფრო ძლიერი მიკროსკოპის წყალობით, Chipworks-ის ხელოსნებმა შეძლეს მიიღონ NMOS და PMOS-ის ზუსტი პროფილები. მოწყობილობები A6 ჩიპში. ამ მიკროსკოპის შიგნით არსებული ელექტრონული იარაღი ეფუძნება კვანტური მექანიკის პრინციპებს, რაც უზრუნველყოფს მაღალ გარჩევადობას ჩიპის შემოწმებისას. Chipworks-ის ექსპერტებმა ასევე აღმოაჩინეს Apple 338S1077 Cirrus აუდიო კოდეკი (D კლასის აუდიო გამაძლიერებელი), Murata 339S0171 Wi-Fi მოდული, Qualcomm MDM9615 LTE მოდემი და Qualcomm RTR8600 Multi-band/mode RF გადამცემი. მურატას Wi-Fi მოდული ნამდვილად იმსახურებს ყურადღებას:

მურატა აერთიანებს ყველა კომპონენტს, აგზავნის მათ Foxconn-ში, სადაც ისინი საბოლოოდ გადაიქცევა iPhone-ის მზა დაფაზე. კომპონენტების გაანალიზებისას, Chipworks-ის ექსპერტებმა მოკლედ თქვეს: „მურატა სხვისი ავეჯით სავსე სახლს აშენებს“.

რაც შეეხება A6 პროცესორის მულტიჩიპურ შეფუთვას, მასში, როგორც გამოცხადდა, შედის Elpida-ს 1 GB ოპერატიული მეხსიერება (512 MB), ორი ARM ბირთვი და სამი GPU პროცესორის ბირთვი. A6 ჩიპის ზომები შემდეგია:

• სიგანე - 9,70 მმ;
• სიმაღლე - 9,97 მმ;
• პროცესორის ფართობი 96,71 კვადრატული მეტრია. მმ.

iSight კამერის მოდულები შეიქმნა Sony და OmniVision-ის მიერ. Sony-მ ტელეფონის უკანა კამერისთვის და OmniVision-მა გააკონტროლა FaceTime 720p ვიდეო კონფერენციის კამერის შექმნა. ორბირთვიან ARM პროცესორთან დაკავშირებით:

წინა იდენტური ბირთვების განლაგების სქემასთან შედარებით, ამჯერად ვიდეო პროცესორის ბირთვები განლაგებულია ბოლოში, ხოლო თავად ARM ბირთვები განლაგებულია საკმაოდ უჩვეულოდ.

უფრო მეტად, ლოგიკური ბლოკები ავტომატურად ინსტალირებულია კომპიუტერული ტექნოლოგიის გამოყენებით. თუმცა, როგორც ჩანს, ARM ბირთვების ზოგიერთი ბლოკი დაფიქსირდა თვითნებურად, ე.ი. დააყენეთ ხელით. ახალი ამბები ARM პროცესორების შემთხვევითი მოწყობის შესახებ კვლავ აჩენს ჭორს, რომ Apple-მა საბოლოოდ შექმნა იგივე კალიბრის პერსონალური პროცესორი, როგორც ახალი Cortex-A15, და ასეთი პროცესორები, მაგრამ მხოლოდ ჩიპზე შემთხვევითი განლაგებით, იქნება. გამოჩნდება ბაზარზე მომდევნო რამდენიმე წლის განმავლობაში.
ეს ფოტო გვიჩვენებს ტრანზისტორების სტრუქტურას. ხედავთ ტრანზისტორებს შორის მოთავსებულ პატარა კონტაქტებს? ეს არის შუალედური კონტაქტები. მართლა შესამჩნევია? ახლა იფიქრეთ იმაზე, თუ როგორ დაინახოთ ისინი სუპერ ძლიერი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენების გარეშე. ვფიქრობ, სამართლიანი იქნება გავიხსენოთ, რომ Samsung რჩება Apple-ის პროდუქტების კომპონენტების ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან მომწოდებლად. და ეს იმისდა მიუხედავად, რომ Apple-ს და, მით უმეტეს, Apple Intrinsity-სა და PA Semi-ს შიდა საინჟინრო გუნდს, ნამდვილად არ მოსწონს სამხრეთ კორეის გიგანტის ინტერესი მისი ტექნოლოგიებისა და წარმოების ობიექტების მასიური გაყიდვით.

ყველას ხელში ჩვეულებრივი მიკროპროცესორი ეჭირა, მაგრამ ძნელად ვინმეს იფიქრებდა მისი გახსნა და სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ გამოკვლევა. ეს არის ზუსტად ის, რაც შვედმა მასწავლებელმა კრისტიან შტორმმა გააკეთა, რათა მოსწავლეებს ეჩვენებინა, თუ როგორ მუშაობს მიკროჩიპი. ფოტოები უბრალოდ განსაცვიფრებელია: ხარისხი საშუალებას გაძლევთ ნახოთ პროცესორის ცალკეული ფენები. როგორც ჩანს, დაახლოებით ამ პროცედურას იყენებდნენ საბჭოთა ინჟინრები, რომლებმაც დაშალეს და დააკოპირეს დასავლური მოვლენები. დაახლოებით იგივეს აკეთებენ ახლა კონკურენტების პროდუქტების შესასწავლად.

ყველა ფოტო დაწკაპუნებულია და ხელმისაწვდომია მაღალი გარჩევადობით.

Christian Storm-მა გამოიყენა P-III პროცესორი. პირველ რიგში, საჭირო იყო თავად მიკროსქემის ამოღება პლასტმასის კორპუსიდან (ლურჯი), რომელიც მდებარეობს მიკროსქემის დაფის ცენტრში (მწვანე).

როგორც ხედავთ მიკროსქემის დაფის უკანა მხარეს, საჭიროა მიკროპროცესორიდან კონტაქტების გამოტანა - პროცესორზე თითოეული კონტაქტიდან სიგნალი მიდის დაფაზე ცალკე პინზე.

თავიდან კრისტიანს ეგონა, რომ შეეძლო მიკროპროცესორის სითბოთი გამოყოფა, მაგრამ უსიამოვნო სუნის გარდა არაფერი მიიღო. შემდეგ მომიწია უხეში ძალის გამოყენება და შესაბამისი უბნის ამოჭრა. პინცეტისა და სკალპელის გამოყენებით მან ამოიღო ჩიპი, რამაც პროცესში ოდნავ დააზიანა (თუმცა, კრისტიანი მაინც აპირებდა გადასაღებად პროცესორის გატეხვას).

ეს არის ის, რაც მოხდა შედეგად. მიკროსქემის უკანა მხარეს, გატეხილი ლურჯი გარსაცმის ქვეშ, ჩანს მიკროსქემის კონტაქტები. ადრე ისინი უკავშირდებოდნენ დაფაზე ქინძისთავებს.

აქ არის პლასტმასისგან გაწმენდილი მიკროსქემა.

ახლა მოდის სახალისო ნაწილი: თამაშში შედის მიკროსკოპი. პირველი, ჩვეულებრივი ოპტიკური. მიკროსკოპის ქვეშ ჩვენ ვუყურებთ მიკროპროცესორის ფრაგმენტს იგივე კონტაქტებით.

თუ უფრო ახლოს დააკვირდებით, შეგიძლიათ გაარკვიოთ სტრუქტურა საკონტაქტო ხვრელების შიგნით.

პროცესორი შედგება მრავალი ლითონის ფენისგან ერთმანეთზე, ისინი აშკარად ჩანს საკონტაქტო ხვრელების მეშვეობით.

მიკროსკოპის ფოკუსის შეცვლით, შეგიძლიათ რიგრიგობით შეისწავლოთ ეს ფენები. აქ არის ზედა ფენა.

შუა ფენა.

და ქვედა ფენა.

ვინაიდან ოპტიკური მიკროსკოპი არ იძლევა საჭირო დეტალებს, კრისტიანმა გადაწყვიტა გამოეყენებინა სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპი. პროცესორის შიგთავსის დასანახად, მან დაამტვრია იგი ნაწილებად და დაიწყო იმის შემოწმება, თუ სად იყო გატეხილი. ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ თანმიმდევრული ფოტოების სერია თანდათან მზარდი გარჩევადობით.

ჩიპი ამოტრიალებულია თავდაყირა, ისე, რომ თავზე არის კონტაქტების რიგი, რომლებიც ადრე იყო მიმაგრებული მიკროსქემის დაფაზე. თავიდან არაფერი განსაკუთრებული არ ჩანს. კონტაქტებს შორის მსუბუქი მასალა აშკარად არის ერთგვარი პოლიმერი სივრცის შესავსებად.

შემდგომი გადიდებით, ფენები აშკარად ჩანს. მათი რიცხვიც კი შეგიძლიათ დათვალოთ: ექვსი.

ქვედა ლითონის ფენის სისქე დაახლოებით 200-250 ნმ. P-III პროცესორი დამზადდა 250 ნმ პროცესის ტექნოლოგიის გამოყენებით, ხოლო მოგვიანებით - 180 ნმ, ასე რომ, ეს ქვედა ფენა არის ბოლო ფენა ტრანზისტორებით, შემდგომი მიდგომა არ აჩვენებს ახალ ელემენტებს.

ასე გამოიყურება სურათი გაუმჯობესებული ფორმით.

ბოლო ფოტო გადაღებულია იმავე მასშტაბით, მხოლოდ ზემოდან. ერთ ადგილას გარსაცმები შემთხვევით გაწყდა, რამაც შიდა სტრუქტურა გამოაჩინა.

რამდენიმე ლითონის ფენა ერთმანეთზეა, მაგრამ კრისტიანმა ვერ შეძლო ფენა-ფენა ფოტოების გადაღება და უშუალოდ ტრანზისტორებთან (ქვედა ფენა) მოხვედრა, რადგან არ იცის როგორ ფრთხილად ამოიღოს ფენები ჩიპიდან.

თანამედროვე მიკროპროცესორები ადამიანის მიერ წარმოებული ყველაზე რთული მოწყობილობებია. ნახევარგამტარული კრისტალის წარმოება ბევრად უფრო რესურსზეა დამოკიდებული, ვიდრე, ვთქვათ, მრავალსართულიანი შენობის მშენებლობა ან დიდი საგამოფენო ღონისძიების ორგანიზება. თუმცა, ფულადი თვალსაზრისით CPU-ების მასიური წარმოების წყალობით, ჩვენ ამას ვერ ვამჩნევთ და იშვიათად ვინმე ფიქრობს ელემენტების უზარმაზარობაზე, რომლებიც ასეთ თვალსაჩინო ადგილს იკავებს სისტემის ერთეულის შიგნით. გადავწყვიტეთ შეგვესწავლა პროცესორის წარმოების დეტალები და ამ მასალაში გვესაუბრა. საბედნიეროდ, დღეს ინტერნეტში არის საკმარისი ინფორმაცია ამ თემაზე და Intel Corporation-ის პრეზენტაციებისა და სლაიდების სპეციალიზებული არჩევანი საშუალებას გაძლევთ შეასრულოთ დავალება რაც შეიძლება ნათლად. ნახევარგამტარული ინდუსტრიის სხვა გიგანტების საწარმოები მუშაობენ იმავე პრინციპით, ასე რომ, თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ყველა თანამედროვე მიკროსქემა გადის შექმნის იდენტურ გზას.

პირველი, რაც უნდა აღინიშნოს, არის სამშენებლო მასალა პროცესორებისთვის. სილიციუმი პლანეტაზე მეორე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია ჟანგბადის შემდეგ. ეს არის ბუნებრივი ნახევარგამტარი და გამოიყენება როგორც ძირითადი მასალა სხვადასხვა მიკროსქემის ჩიპების წარმოებისთვის. სილიციუმის უმეტესობა გვხვდება ჩვეულებრივ ქვიშაში (განსაკუთრებით კვარცში) სილიციუმის დიოქსიდის (SiO2) სახით.

თუმცა, სილიციუმი არ არის ერთადერთი მასალა. მისი უახლოესი ნათესავი და შემცვლელი არის გერმანიუმი, მაგრამ წარმოების გაუმჯობესების პროცესში, მეცნიერები ადგენენ კარგ ნახევარგამტარულ თვისებებს სხვა ელემენტების ნაერთებში და ემზადებიან მათ პრაქტიკაში შესამოწმებლად ან უკვე აკეთებენ ამას.

1 სილიკონი გადის მრავალსაფეხურიანი გაწმენდის პროცესს: მიკროსქემების ნედლეული არ შეიძლება შეიცავდეს მინარევებს, ვიდრე ერთ უცხო ატომს მილიარდზე.

2 სილიკონი დნება სპეციალურ კონტეინერში და შიგნით მუდმივად გაცივებული მბრუნავი ღეროს ჩაშვების შემდეგ, ნივთიერება „იჭრება“ მის ირგვლივ ზედაპირული დაძაბულობის ძალების წყალობით.

3 შედეგი არის წრიული კვეთის გრძივი ბლანკები (ერთკრისტალები), თითოეული იწონის დაახლოებით 100 კგ.

4 სამუშაო ნაწილი იჭრება ინდივიდუალურ სილიკონის დისკებად - ვაფლებად, რომლებზეც ასობით მიკროპროცესორი იქნება განთავსებული. ამ მიზნებისათვის გამოიყენება მანქანები ბრილიანტის საჭრელი დისკებით ან მავთულის აბრაზიული დანადგარით.

5 სუბსტრატები გაპრიალებულია სარკემდე, რათა აღმოიფხვრას ზედაპირის ყველა დეფექტი. შემდეგი ნაბიჯი არის ყველაზე თხელი ფოტოპოლიმერული ფენის გამოყენება.

6 დამუშავებული სუბსტრატი ექვემდებარება მკაცრ ულტრაიისფერ გამოსხივებას. ქიმიური რეაქცია ხდება ფოტოპოლიმერის ფენაში: სინათლე, რომელიც გადის მრავალ შაბლონს, იმეორებს CPU ფენების ნიმუშებს.

7 გამოყენებული სურათის რეალური ზომა რამდენჯერმე მცირეა, ვიდრე თავად სტენცილი.

8 რადიაციის მიერ „ჩამოტვირთული“ ადგილები ირეცხება. ნიმუში მიიღება სილიკონის სუბსტრატზე, რომელიც შემდეგ იკვრება.

9 ერთი ფენის დამზადების შემდეგი ეტაპია იონიზაცია, რომლის დროსაც სილიციუმის პოლიმერისგან თავისუფალი ადგილები იბომბება იონებით.

10 იმ ადგილებში, სადაც ისინი მოხვდებიან, იცვლება ელექტრული გამტარობის თვისებები.

11 დარჩენილი პოლიმერი ამოღებულია და ტრანზისტორი თითქმის დასრულებულია. საიზოლაციო ფენებში კეთდება ხვრელები, რომლებიც ქიმიური რეაქციის წყალობით ივსება სპილენძის ატომებით, რომლებიც გამოიყენება კონტაქტებად.

12 ტრანზისტორების კავშირი არის მრავალ დონის გაყვანილობა. თუ მიკროსკოპით დააკვირდებით, კრისტალზე შეამჩნევთ ბევრ ლითონის გამტარებელს და მათ შორის მოთავსებულ სილიციუმის ატომებს ან მის თანამედროვე შემცვლელებს.

13 მზა სუბსტრატის ნაწილი გადის პირველ ფუნქციონალურ ტესტს. ამ ეტაპზე დენი ვრცელდება თითოეულ შერჩეულ ტრანზისტორზე და ავტომატური სისტემა ამოწმებს ნახევარგამტარის ოპერაციულ პარამეტრებს.

14 სუბსტრატი იჭრება ცალკეულ ნაწილებად ყველაზე თხელი საჭრელი ბორბლების გამოყენებით.

15 ამ ოპერაციის შედეგად მიღებული გამოსაყენებელი კრისტალები გამოიყენება გადამამუშავებლების წარმოებაში, დეფექტური კი იგზავნება ნარჩენებში.

16 ცალკე ჩიპი, საიდანაც დამზადდება პროცესორი, მოთავსებულია CPU-ს ფუძეს (სუბსტრატს) და სითბოს განაწილების საფარს შორის და „შეფუთულია“.

17 საბოლოო ტესტირებისას მზა პროცესორები მოწმდება საჭირო პარამეტრებთან შესაბამისობაში და მხოლოდ ამის შემდეგ ხდება დახარისხება. მიღებული მონაცემებიდან გამომდინარე, მიკროკოდი ჩაირთვება მათში, რაც საშუალებას აძლევს სისტემას სწორად ამოიცნოს CPU.

18 მზა მოწყობილობები იფუთება და იგზავნება ბაზარზე.

საინტერესო ფაქტები პროცესორებისა და მათი წარმოების შესახებ

"სილიკონის ველი" (სილიკონის ველი, აშშ, კალიფორნია)

მან მიიღო სახელი ძირითადი სამშენებლო ელემენტისგან, რომელიც გამოიყენება მიკროჩიპების წარმოებაში.

"რატომ არის პროცესორის ვაფლები მრგვალი?"- ალბათ გკითხავთ.

სილიკონის კრისტალების წარმოებისთვის გამოიყენება ტექნოლოგია, რომელიც შესაძლებელს ხდის მხოლოდ ცილინდრული ბლანკების მიღებას, რომლებიც შემდეგ ნაწილებად იჭრება. აქამდე ვერავინ შეძლო დეფექტების გარეშე კვადრატული ფირფიტის დამზადება.

რატომ არის მიკროჩიპები კვადრატული?

სწორედ ამ ტიპის ლითოგრაფია იძლევა ვაფლის ფართობის მაქსიმალური ეფექტურობით გამოყენების საშუალებას.

რატომ სჭირდება პროცესორებს ამდენი ქინძისთავები?

სიგნალის ხაზების გარდა, თითოეულ პროცესორს მუშაობისთვის სჭირდება სტაბილური სიმძლავრე. ენერგიის მოხმარება დაახლოებით 100-120 W და დაბალი ძაბვის შემთხვევაში, 100 A-მდე დენი შეიძლება გადიოდეს კონტაქტებში.

წარმოების ნარჩენების გატანა

ადრე, დეფექტური ვაფლები, მათი ნაშთები და დეფექტური მიკროჩიპები გაფუჭდა. დღეს, მიმდინარეობს განვითარება, რათა გამოიყენონ ისინი მზის უჯრედების წარმოებისთვის.

"კურდღლის კოსტუმი"

ასე ჰქვია თეთრ სპეცტანსაცმელს, რომელიც უნდა ატაროს საწარმოო ობიექტებში ყველა მუშაკმა. ეს კეთდება მაქსიმალური სისუფთავის შესანარჩუნებლად და საწარმოო ობიექტებში მტვრის ნაწილაკების შემთხვევითი შეღწევისგან დასაცავად. "კურდღლის კოსტუმი" პირველად გამოიყენეს პროცესორების ქარხნებში 1973 წელს და მას შემდეგ გახდა მიღებული სტანდარტი.

99,9999%

მხოლოდ უმაღლესი სისუფთავის სილიკონი არის შესაფერისი პროცესორების წარმოებისთვის. სამუშაო ნაწილები იწმინდება სპეციალური ქიმიკატებით.

300 მმ

ეს არის თანამედროვე სილიკონის ვაფლის დიამეტრი პროცესორების წარმოებისთვის.

1000 ჯერ

აი, რამდენად სუფთაა ჰაერი ჩიპების ქარხნების შენობებში, ვიდრე საოპერაციო ოთახში.

20 ფენა

პროცესორის ჩიპი ძალიან თხელია (მილიმეტრზე ნაკლები), მაგრამ შეიცავს ტრანზისტორების რთული სტრუქტურული კომბინაციების 20-ზე მეტ ფენას, რომლებიც ჰგავს მრავალ დონის მაგისტრალებს.

2500

ზუსტად ეს არის Intel Atom პროცესორის რამდენი ჩიპი (მათ აქვთ ყველაზე მცირე ფართობი თანამედროვე პროცესორებს შორის) ერთ 300 მმ ვაფლზე.

10 000 000 000 000 000 000

ასი კვინტილიონი ტრანზისტორი, მიკროჩიპების სამშენებლო ბლოკები, ყოველწლიურად იგზავნება ქარხნებიდან. ეს დაახლოებით 100-ჯერ მეტია პლანეტაზე ჭიანჭველების სავარაუდო რაოდენობაზე.

ა

პროცესორში ერთი ტრანზისტორის წარმოების ღირებულება დღეს უდრის გაზეთში ერთი ასოს დაბეჭდვის ღირებულებას.

ამ სტატიის მომზადების პროცესში გამოყენებული იქნა მასალები Intel Corporation-ის ოფიციალური ვებგვერდიდან, www.intel.ua