Hlavní stránka Hardware Procesory, paměti Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
autor: Tomáš Šulc , publikováno 17.3.2015
Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů

Výroba integrovaného obvodu, jakým jsou například procesory nebo jádra grafických karet, vyžaduje stovky složitých operací a zabere mnoho času. Navážeme na článek, v němž jsme se věnovali výrobě waferu a vysvětlíme si, jak fungují a jak se vyrábějí tranzistory — základní stavební kámen integrovaného obvodu.


Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
v oxidu jsou vytvořena okna pro bázi a izolaci (vlevo), po jejím vytvoření jsou okna opět uzavřena (vpravo) (zdroj: On Semiconductor)

V dalším kroku je vytvořena báze tranzistoru. V oxidu jsou proto otevřena okna pro bázi (proces fotolitografie) a současně se i znovu otvírají okna pro izolaci. Báze tranzistoru NPN i izolace má totiž vodivost typu P a při dotaci (proces difúze nebo proces iontové implantace) je vytvořena jak báze, tak i zlepšena izolace součástek těsně pod povrchem. Po ukončení dotace jsou okna opět uzavřena (proces oxidace).

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
vytvoření oken pro kolektor a emitor (vlevo) a jejich opětovné uzavření po ukončení dotace (vpravo) (zdroj: On Semiconductor)

Po vytvoření báze je potřeba vytvořit v ní emitor s opačnou vodivostí a silně dopovaný kontakt kolektoru (v našem případě mojí oba typ vodivosti N). V oxidu jsou proto vytvořena okna v těchto oblastech (proces fotolitografie) a následnou dotací pětimocné příměsi (proces difúze nebo proces iontové implantace) jsou v prostorech pod okny vytvořeny silně dopované oblasti typu N+. Po ukončení dotace jsou okna uzavřena (proces oxidace).

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
vytvoření oken pro kontakty (vlevo) a depozice hliníkové vrstvy (vpravo) (zdroj: On Semiconductor)

Hotové tranzistory je potřeba nakontaktovat, aby bylo možné následně vytvořit síť spojů mezi jednotlivými prvky. V místech budoucích kontaktů jsou proto v oxidu vytvořena okna (proces fotolitografie) a následně je na celý wafer nanesena vrstva kovu (proces vakuového naprašování nebo proces katodového napařování).

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů
zdroj: On Semiconductor

Vrstva hliníku je následně pomocí masky (proces fotolitografie) vyleptána tak, aby na waferu zůstaly jen požadované kontakty na bázi, kolektor a emitor všech tranzistorů.

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů

Dostali jsme se na konec druhé části článku o výrobě integrovaných obvodů. V té jsem se pokusil srozumitelně vysvětlit, jak fungují polovodiče a tranzistory — základní stavební prvek dnešních integrovaných obvodů. Vysvětlit jsem také základní postup, kterým se tranzistory na waferu vyrábějí. V následujícím dílu popíši všechny výrobní kroky, které jsem dnes zmínil (jako například litografii, difúzi, vakuové naprašování apod.) a dostanu se i k testování integrovaných obvodů.

Poděkování

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů

V článku byly použity výukové materiály společnosti On Semiconductor, která se zabývá návrhem a výrobou integrovaných obvodů.

Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů

Pokud byste se rádi výrobou nebo vývojem integrovaných obvodů živili, mohu vám za sebe doporučit Fakultu Elektrotechniky a Komunikačních Technologií VUT v Brně. Sám jsem se jako student oboru Mikroelektronika k výrobě integrovaných obvodů dostal a v rámci jednoho z předmětů jsme integrované obvody na waferu v čistých prostorách i vyráběli.

 



Tagy: výroba  tranzistor  proces  křemík  wafer  polovodiče  


 
Komentáře k článku
RSS
Pouze registrovaní uživatelé mohou přidat komentář!
17.3.2015 05:13:57   62.209.220.xxx 512
Tak, znalosti načerpány, hurá si vyrobit vlastní procesor . Jinak smekám klobouček, vážně pěknej článek
17.3.2015 06:50:31   86.24.162.xxx 331
Konecne zaujimavy clanok.
Zeby sa pctun. zobudil ?
17.3.2015 07:16:44   90.179.131.xxx 190
díky
17.3.2015 08:42:01   62.168.34.xxx 110
Fandím, odvážný počin přiblížit mikroelektroniku lidem. Třeba se dostanete i k hybridním obvodům. Čtenáři uvidí, že vlastní integrovaný obvod (třeba i procesor) se dá udělat i doma a vtip to být přitom nemusí
17.3.2015 08:59:14   178.77.249.xxx 200
Díky za pěkný článek. Tohle pro mě ale je prostě pořád španělská vesnice. Obdivuju lidi, kteří tomu rozumí a mohou dělat tak úžasné veci jako jsou procesory. Já si ze školy z elekrotechniky pamatuju u tranzistorů akorát NPN šipka ven.
17.3.2015 09:22:23   213.195.199.xxx 51
Jaky je rozmer udavane technologie napr 20nm. Znamena to celkouvou velikost vysledneho tranzistoru, nebo nejmensi mozna vyrobitelny prvek? (baze, mezera mezi tranzistory, nebo co vubec je nejmensi)

Kdyz je polovodic pri nizke teplote nepouzitelny, proc se je pri extremnim pretaktovani snazi tak silene podchladit? (pod 100K)
17.3.2015 10:24:45   62.168.34.xxx 50
1. Ty rozměry je nejmenší vzdálenost elektrod Source a Drain (přibližně odpovídá vzdálenosti tranzistorů).
2. Při chlazení dusíkem se odvádí TEPLO vytvořené čipem, samotný čip musí mít pro funkci TEPLOTU v toleranci pro polovodiče, pochopitelně.
17.3.2015 11:03:39   213.195.199.xxx 41
1. Diky
2. Jsem si celkem jisty ze jsem vidaval pretaktovani, kde vnitrni teplotni cidlo cpu hlasilo skoro -200°C. Ale je to uz davno, predtim nez se ve velkem zacal projevovat "cold bug".
15.4.2015 09:12:07   62.209.192.xxx 00
2. nejsem si jistej ale myslim si ze pomoci tekuteho dusiku se snazi dostat cip do stavu supravodice ktery vznika pri extremne nizkych teplotach dnes by to melo byt kolem 77 Kelvinu coz je cca -196°C. Neco jsem nasel na tomhle linku cca uprostred stranky http://www.superconductors.org/Uses.htm
17.3.2015 09:36:02   31.30.44.xxx 40
prvni cast clanku si dobre pamatuju, byl bezva. rikal jsem si, ze se snad blyska na casy a tesil se na pokracovani, annoncovane na konci. jenze stale nic. rok pote jsem se ho pokousel dohledat, s tim, ze mi asi unikl a po dvou letech jsem si vzpomel jeste jednou. takze ted uz je to jasny. kazdopadne diky
17.3.2015 11:56:13   185.23.113.xxx 30
Tomaš dik

Dufam ze na nočnej zmene nebude robota
a članok poctivo prečitam
17.3.2015 13:03:16   195.113.99.xxx 32
Super článek a nostalgie čtvrťáku fyziky na gymplu. Díky
17.3.2015 17:57:35   109.80.5.xxx 20
Pěkný článek ale promiňte já musím říct fuj fuj. Protože to bylo až po stranu 6. z 80% stejné jak moje maturitní otázka před 5 lety z které jsem dostal za 2.
18.3.2015 07:59:56   86.61.149.xxx 20
Super článek, víc takových.
8.7.2015 19:52:46   46.33.112.xxx 00
Může mi někdo vysvětlit jak můžou být trandy ovládány U nebo I do báze ? Kde vezmu U nebo I když jedno bez druhého je k ničemu.

Redakce si vyhrazuje právo odstranit neslušné a nevhodné příspěvky. Případné vyhrady na diskuze(zavináč)pctuning.cz

173 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 84.1Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.