Про чипы
без формул
Как делают микросхемы, которые нужны везде
Чип (микросхема, интегральная схема или ИС) представляет собой набор электронных схем на небольшом плоском кусочке кремния.
От англ. chipping (откалывать кусочек от целого)
-Не путайте с картофельными или кукурузными чипсами! 😉
Похоже, что производство чипов (имею в виду кремниевые чипы 😉) как отрасль становится все более и более интересной для многих людей самых разных профессий. По разным причинам. Однако не все понимают, что и как делается, в результате чего получается много забавных и полезных вещей (и неплохая прибыль). Разным сторонам полупроводниковой промышленности посвящено множество статей, книг...
Но большинство из них о-о-о-очень специальны. Только для профи.
Поэтому я собрал все свое мужество и решил написать краткий обзор о том, Как Производятся Чипы, избегая специальных терминов, формул и т. д. Просто показать, что делается, чтобы обеспечить всех забавными вещами (и не только).
Всё началось с твердотельной электроники.
Отметим вехи: в 1948–1950 гг. Уильям Брэдфорд Шокли создал теорию транзистора. Диоды и транзисторы на основе полупроводниковых материалов заменяли ламповые приборы. Кристаллы германия и кремния становились основой производства. Электроника становилась компактнее и - самое главное - её производство становилось намного проще/дешевле.
Немного позже (чуть более 10 лет) возникла идея производить/выпускать не элементы, а стандартные функциональные блоки электронных устройств. Причём элементы этих блоков (транзисторы, резисторы и т. д.) можно формировать на одном кристалле, рядом друг с другом. И тут же формировать их электрическое соединение («провода»). Такой подход позволяет существенно увеличить качество электронных блоков и, при этом, унифицирует производство. Ушли «промежуточные» этапы: то, что раньше собирали (паяли) из отдельных элементов (добавляя свой процент брака), теперь производилось как целое - готовыми блоками. Да, брака становилось в целом меньше. А всё это вместе означает удешевление производства.
Началась эра микросхем. Её начинали и двигали Джек Сен-Клер Килби, Курт Леговец, Роберт Нортон Нойс, Жан Эрни, Джэй Ласт и другие инженеры и учёные. Кто-то изобрёл способ для обеспечения хорошей электрической изоляции между элементами. Кто-то изобрёл лучший способ формирования металлических соединений между элементами. Кто-то придумал, как всё должно быть скомпоновано... Биография каждого интересна, также, как история их работы, патентных войн, рождения и роста Кремниевой Долины, взлётов и падений компаний, слияний и разделений — всё это должен описывать новый Дюма.
Одна из ключевых идей - расположение элементов микросхемы на одной плоскости. (Почти) как на нарисованной электрической схеме. Только «рисовать» надо не на бумаге, а на поверхности кремния. И точно повторять/воспроизводить рисунок много-много раз. Технологический процесс «рисования» на поверхности кристалла кремния (ожидаемо 😉) назвали литография - по аналогии с известной с 18 века техникой плоской печати рисунков на камне.
Дальше мы очень коротко рассмотрим только самые основные и понятные этапы создания микросхем. Даже не перечисляя все технологические процессы. Зачем жонглировать терминами, понятными только специалистам? А если увлечься разъяснениями – получится о-о-очень длинно...
Кому интересно, список процессов можно найти здесь:
https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_device_fabrication
Далее:
