آی سی چگونه ساخته می شود؟
چگونه می توان چیزی مانند حافظه یا تراشه پردازنده را برای کامپیوتر ساخت؟ همه چیز به یک عنصر شیمیایی خام مانند سیلیکون برمی گردد که برای داشتن مشخصه های الکتریکی مختلف تحت فرایند شیمیایی یا آلایش (ناخالص سازی) قرار می گیرد.
آلایش نیمه هادی ها:
در آموزش های پیشین در مورد دیودها و ترانزیستورها مطالبی را بیان کردیم و با ایده نیمه هادی ها آشنا شدیم.
به طور سنتی، در گذشته تصور می شد مواد در دو دسته قرار می گیرند:
موادی که به راحتی جریان برق از آن ها عبور می کند (رساناها) و مواد دیگر که جریان را عبور نمی دهند (عایق ها یا نارساناها).
فلزات اغلبِ رساناها را تشکیل می دهند، در حالی که غیرفلزات مانند پلاستیک، چوب و شیشه عایق هستند.
اما، ماجرا بسیار پیچیده تر از این است؛ به ویژه هنگامی که صحبت از عناصر خاصی در وسط جدول تناوبی باشد (در گروه های 14 و 15)، مخصوصاً سیلیکون و ژرمانیم.
معمولاً اگر مقادیر کمی ناخالصی به نیمه رساناها اضافه کنیم، در فرایندی معروف به «ناخالص سازی» یا «آلایش» یا «دوپینگ» (Doping)، می توان رفتار این عناصر را شبیه رفتار رساناها کرد.
اگر به سیلیکون آنتیموان اضافه کنیم، به آن الکترون بیشتری نسبت به حالت عادی می دهیم و بنابراین، قدرت هدایت الکتریسیته را نیز به آن داده ایم. در این حالت سیلیکون آلاییده نوع n داریم.
اگر بور را به جای آنتیموان اضافه کنیم و برخی از الکترون های سیلیکون را برداشته و حفره هایی را به عنوان «الکترون های منفی»، اضافه کرده ایم که جریان الکتریکی مثبتی را در جهت عکس برقرار می کنند.
به این نوع سیلیکون نوع p گفته می شود. قرار دادن مناطقی از سیلیکون نوع n و p در کنار یکدیگر، پیوندهایی را ایجاد می کند که الکترون ها در آن به شیوه بسیار جالبی رفتار می کنند و به این ترتیب است که ما قطعات الکترونیکی و نیمه هادی مانند دیودها، ترانزیستورها و حافظه ها را می سازیم.
دنیای درون آی سی:
روند ساخت یک آی سی با یک کریستال بزرگ سیلیکون، به شکل یک لوله جامد طویل آغاز می شود، که به صورت دیسک (به ابعاد یک دیسک فشرده) به صورت ورقه ورقه درآمده و به دیسک های نازکی تبدیل می شود که «ویفر» (Wafer) نام دارند.
ویفرها در نواحی مربعی یا مستطیلی یکسان قرا می گیرند که یک تراشه سیلیکون می سازند و بعضاً «ریزتراشه» یا «میکروچیپ» (Microchip) نامیده می شود.
شکل زیر یک ویفر سیلیکون را نشان می دهد.
سپس با آلاییدن نواحی مختلف سطح، هزاران، میلیون ها یا میلیاردها قطعه روی هر تراشه ایجاد می شود تا آن ها را به سیلیکون نوع n یا p تبدیل کند.
آلاییدن توسط فرایندهای مختلف انجام می شود. در یکی از آن ها که به «کندوپاش» یا «اسپاترینگ» (Sputtering) معروف است، یون های ماده ناخالص کننده مانند گلوله های تفنگ به سمت ویفر سیلیکون شلیک می شوند.
فرایند دیگری به نام «انباشت بخار» (Vapor Deposition) شامل تبدیل مواد ناخالص کننده به گاز و متراکم کردن آن است که در نتیجه آن، اتم های ناخالصی یک لایه نازک روی سطح ویفر سیلیکون ایجاد می کنند.
«رونشست پرتو-مولکولی» (Molecular-beam Epitaxy) شکل دقیق تری از انباشت است.
مطمئناً ساخت آی سی که صدها، میلیون ها یا میلیاردها قطعه را روی تراشه سیلیکونی به اندازه ناخن تعبیه می کند، کمی پیچیده تر از آن چیزی است که به نظر می رسد.
تصور کنید که وقتی در مقیاس میکروسکوپی (یا حتی گاهی اوقات حتی در نانوسکوپی) کار می کنید، حتی یک لکه می تواند آلودگی ایجاد کند. به همین دلیل، نیمه هادی ها در محیط آزمایشگاهی بی عیب و نقصی ساخته می شوند که «اتاق تمیز» (Clean Room) نامیده می شوند.
در اتاق تمیز، هوا به دقت فیلتر می شود و افراد مجبورند با پوشیدن انواع لباس های محافظ از طریق «قفل های هوا» یا «هوابندها» عبور و مرور کنند.
شکل زیر کارخانه تولید ویفر اینتل در شهر چندلر ایالت آریزونای آمریکا را نشان می دهد.
نسل های مختلف آی سی:
از زمان ایجاد آی سی ها، نسل های مختلفی از آن ها با افزایش تعداد ترانزیستورها و گیت های منطقی در هر تراشه وجود داشته است. در زیر فهرستی از هر یک از نسل ها و ظرفیت تقریبی هر تراشه آورده شده است:
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
