Mavzu: protsessorlar ularning strukturalari va turlari

1.1. Mikroprosessorlarning asosiy tuzilmalari.
Mikroprosessorlar qanday amalga oshiriladi.Texnik jihatdan, zamonaviy mikroprotsessor bir necha milliard elementlardan tashkil topgan yagona ultra keng ko'lamli integral kontaktlarning zangi shaklida yaratilgan - bu inson tomonidan yaratilgan eng murakkab tuzilmalardan biridir. Har qanday mikroprosessorning asosiy elementlari diskret kalitlar - tranzistorlardir. Elektr tokini blokirovka qilish va uzatish (ular o'chirilgan) orqali ular kompyuterning mantiqiy davrlarini ikki holatda, ya'ni ikkilik tizimda ishlashiga imkon beradi. Tranzistorlarning o'lchamlari nanometrlarda o'lchanadi. Bitta nanometr (nm) metrning milliarddan bir qismidir.
Qisqasi, protsessorni ishlab chiqarish jarayoni quyidagicha ko'rinadi: maxsus jihozlarda eritilgan silikondan silindrsimon bitta kristal o'stiriladi. Olingan ingot sovutiladi va "pancakes" ga kesiladi, uning yuzasi diqqat bilan tekislanadi va oyna qoplamasiga sayqallanadi. Keyin yarimo'tkazgichli o'simliklarning "toza xonalarida" fotolitografiya va ishlov berish yordamida silikon gofretlarda integral mikrosxemalar yaratiladi. Plitalarni qayta tozalagandan so'ng, mikroskop ostida laboratoriya mutaxassislari protsessorlarni tanlab sinovdan o'tkazadilar - agar hamma narsa yaxshi bo'lsa, tayyor plitalar alohida protsessorlarga kesiladi, keyinchalik ular biriktiriladi.Dastlab SiO2 qum shaklida olinadi, u yoy pechlarida koks bilan kamayadi (taxminan 1800 ° C haroratda):SiO2 + 2C \u003d Si + 2CO
Bunday kremniy "texnik" deb nomlanadi va 98-99,9% tozaligiga ega. Protsessorlar "elektron silikon" deb nomlangan toza xom ashyoni talab qiladi - milliard kremniy atomiga bittadan ortiq xorijiy atom bo'lmasligi kerak. Ushbu darajaga qadar tozalash uchun kremniy tom ma'noda "qayta tug'iladi". Tijorat kremniyni xlorlash natijasida kremniy tetrakloridi (SiCl4) olinadi va u trixlorosilanga (SiHCl3) aylanadi: 3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3
Hosil bo'lgan kremniy o'z ichiga olgan qo'shimcha mahsulotlarni qayta ishlash yordamida ushbu reaktsiyalar narxni pasaytiradi va ekologik muammolarni bartaraf qiladi:
2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 ↔ Si + 2H2
Olingan vodorodni ko'p joylarda ishlatish mumkin, ammo eng muhimi shundaki, "elektron" kremniy olingan, toza-toza (99.9999999%). Biroz vaqt o'tgach, urug '("o'sish nuqtasi") asta-sekin chigirtkadan chiqarib yuboriladigan bunday kremniy eritmasiga tushiriladi. Natijada "bula" deb ataladi - kattalar bo'yi bitta kristal. Og'irligi mos keladi - ishlab chiqarishda bunday bulonning og'irligi taxminan 100 kg ni tashkil qiladi.
Yiv "nol" bilan teriladi :) va olmos arra bilan kesilgan. Chiqish paytida - qalinligi 1 mm va diametri 300 mm (~ 12 dyuym) vafli ("vafli" deb nomlangan; HKMG, High-K / Metal Gate texnologiyasi bilan 32nm texnologiya uchun ishlatiladiganlar).
Endi eng qiziq narsa shundaki, kelajakdagi protsessorning tuzilishini abraziv silikon gofretlarga topshirish kerak, ya'ni silikon gofretning ma'lum joylariga iflosliklarni kiritish kerak, natijada ular tranzistorlarni hosil qiladi. Buni qanday qilish kerak?
Muammo fotolitografiya texnologiyasi yordamida hal qilinadi - himoya fotomadan foydalanib, sirt qatlamini tanlab olish. Texnologiya "nurli shablon-fotorezist" tamoyili asosida qurilgan va quyidagicha davom etadi:
- Naqsh hosil bo'lishi kerak bo'lgan silikon substratga material qatlami qo'llaniladi. Unga fotorezist qo'llaniladi - yorug'lik bilan nurlanganda uning fizik-kimyoviy xususiyatlarini o'zgartiradigan fotosensitiv polimer moddasi qatlami.
- Fotosurat orqali ekspozitsiya amalga oshiriladi (fotosurat qatlamini aniq belgilangan vaqt davomida yoritish)
- ishlatilgan fotorezistni olib tashlash.
Kerakli struktura fotomasskada chizilgan - qoida tariqasida, bu optik oynadan tayyorlangan plastinka bo'lib, unda shaffof bo'lmagan joylar suratga olinadi. Har bir bunday shablon kelajakdagi protsessor qatlamlaridan birini o'z ichiga oladi, shuning uchun u juda aniq va amaliy bo'lishi kerak.

Plastinka ionlar oqimi bilan (musbat yoki manfiy zaryadlangan atomlar) nurlantiriladi, ular belgilangan joylarda plastinka yuzasiga kirib, kremniyning o'tkazuvchanlik xususiyatlarini o'zgartiradi (yashil maydonlar chet el atomlari ichiga o'rnatilgan).
Fotosuratda yorug'lik salbiy plyonkadan o'tdi, fotografiya qog'ozining yuzasiga urdi va kimyoviy xususiyatlarini o'zgartirdi. Fotolitografiyada tamoyil bir-biriga o'xshashdir: yorug'lik fotomobkadan fotorezistga o'tadi va niqobdan o'tgan joylarda fotorezistning alohida joylari o'zgaradi. Yorug'lik nurlanishi maskalar orqali uzatiladi va substratga qaratilgan. To'g'ri fokuslash uchun linzalar yoki nometalllarning maxsus tizimi talab qilinadi, bu nafaqat niqobda kesilgan tasvirni chip o'lchamiga kamaytiribgina qolmay, balki uni ish qismiga aniq yo'naltirishga imkon beradi. Bosilgan plitalar odatda niqoblarning o'zlaridan to'rt baravar kichikroq.


Barcha sarflangan fotorezistlar (nurlanish ta'siri ostida eruvchanligini o'zgartirgan) maxsus kimyoviy eritma bilan olib tashlanadi - u bilan birga, yoritilgan fotorezist ostida substratning bir qismi eriydi. Niqob yordamida nurdan yashirilgan substratning qismi eritilmaydi. U Supero'tkazuvchilarni yoki kelajakdagi faol elementni hosil qiladi - bu yondashuvning natijasi mikroprosessorning har bir qatlamidagi qisqa tutashuvlarning turli xil shakllari.
Aslida, zarur bo'lgan joylarda yarimo'tkazgichli tuzilmalarni yaratish uchun oldingi barcha choralar donor (n-tip) yoki aktseptor (p-tip) nopokligini kiritish orqali zarur bo'lgan. Aytaylik, biz p-tipli tashuvchini kontsentratsiya mintaqasini kremniyda, ya'ni teshik o'tkazuvchanlik zonasida qilishimiz kerak. Buning uchun plastinka implantator deb nomlangan asbob yordamida ishlov beriladi - juda katta energiyaga ega bor ionlar yuqori voltli tezlatgichdan otilib, fotolitografiya paytida hosil bo'ladigan himoyalanmagan zonalarda teng ravishda taqsimlanadi.
Dielektrikni olib tashlagan joyda, ionlar himoyalanmagan kremniy qatlamiga kiradi - aks holda ular dielektrikka "yopishib qolishadi". Keyingi ishlov berishdan so'ng, dielektrik qoldiqlari olib tashlanadi va zona mahalliy bo'lgan plastinkada qoladi. Zamonaviy protsessorlar bir nechta bunday qatlamlarga ega bo'lishi mumkinligi aniq - bu holda, hosil bo'lgan rasmda yana dielektrik qatlam o'sib chiqadi va keyin hamma narsa oyoq osti qilingan yo'ldan o'tadi - fotorezistning yana bir qatlami, fotolitografiya jarayoni (allaqachon yangi niqobni ishlatgan holda), ishlov berish, implantatsiya ...
Fotolitografiya jarayonida hosil bo'lgan mantiqiy elementlar bir-biriga ulanishi kerak. Buning uchun plitalar mis sulfat eritmasiga joylashtirilgan bo'lib, unda elektr tokining ta'siri ostida metall atomlari qolgan "o'tish joylarida" "joylashadi" - bu galvanik jarayon natijasida protsessorning alohida qismlari o'rtasida "mantiq" aloqalarini yaratadigan o'tkazuvchan hududlar hosil bo'ladi. Haddan tashqari Supero'tkazuvchilar qoplama parlatish yo'li bilan chiqariladi.
Xurray - orqada eng qiyin qismi. Transistorlarning "qoldiqlari" ni ulashning qiyin usuli bo'lib qolmoqda - bu barcha ulanishlarning (avtobuslarning) printsipi va ketma-ketligi protsessor arxitekturasi deb ataladi. Ushbu ulanishlar har bir protsessor uchun bir-biridan farq qiladi - kontaktlarning zanglashiga olib borishi butunlay tekis bo'lib tuyulsa ham, ba'zi hollarda bunday "simlarni" 30 tagacha darajasidan foydalanish mumkin.