Ieskats mikroshēmu izgatavošanā
Zvejniekciema vidusskolas
11.b klases skolnieka
Dāvja Vilcāna
Referāts fizikā
2008./2009. m.g
Saturs
Ievads………………………………………………………………………………………..3
Nedaudz par mikroshēmām………………………………………………………….4
Mikroshēmas izgatavošanas process……………………………………………..5
Neliels kopsavilkums…………………………………………………………………..8
Izmantotā literatūra……………………………………………………………………..9
Ievads
Mūsdienās cilvēki pašiem nenojaušot ir kļuvuši atkarīgi no dažādām elektroprecēm, piemēram, radio, televizora, datora u.c. Šajā referātā es centīšos aplūkot elementu kas ir pamatā visām šīm elektroprecēm un tās ir mikroshēmas. Bez mikroshēmām nebūtu iedomājama nevienas mūsdienīgas elektropreces darbība. Savā referātā es centīšos pastāstīt kas tad īsti ir mikroshēma, no kā tā sastāv un kā notiek mikroshēmu ražošanas process.
Nedaudz par mikroshēmām
Lai gan mikroshēmas ir neliela izmēra, tās tomēr sastāv no diezgan daudziem elementiem un to izgatavošanas process ir ļoti interesants. Mikroshēmu sastāvā ir silikona „plāksnītes”, mikroshēmu izgatavošanas procesā tiek izmantotas dažādas ķimikālijas un gāzes, kā arī tādi metāli kā alumīnijs, varš un pat zelts. Izgatavošanas procesā tiek izmantota arī ultravioletā gaisma tādēļ, ka tai ir salīdzinoši īss viļņa garums, to izmanto izgatavošanas procesā lai izceltu „rakstus” uz mikroshēmas slāņiem līdzīgi kā fotogrāfēšanas procesā. Izgatavošanas procesā tiek izmantotas arī savdabīgas veidnes, kas līdzinās šabloniem, kurus apstarojot ar ultravioleto gaismu var iegūt „ķēdi” uz kāda no mikroshēmas slāņiem šo procesu sauc arī par fotolitogrāfiju (Photolithography). Viens no svarīgākajiem elementiem ir polisilikons (Polysilicon), tas ir vadītspējīgs materiāls, kurš tiek izmantots kā savienojošs klājums uz mikroshēmas. Savukārt silikona dioksīds tiek izmantots kā izolējošs materiāls. Silikons tiek izmantots galvenokārt tādēļ, ka tas var būt pielāgots gan kā vadītājs, gan kā izolējošais materiāls. Viens no svarīgākajiem elementiem mikroshēmās ir tranzistors. Vienā mikroshēmā var būt pat līdz biljonam tranzistoru. Tranzistors (angļu: transistor, no transfer (pārnest) + resistor (rezistors)) tiek izmantots signālu pastiprināšanai, modulēšanai, ģenerēšanai, u. c., līdzīgi kā pašu mikroshēmu to izgatavo no monokristāliska silīcija (Si). Vēl lieto germāniju (Ge) un gallija arsenīdu (GaAs). Mikroshēmu izgatavošana nav iespējama bez vakuumtehnikas. Bez vakuuma nebutu iespējams uzklāt tik plānus pārklājumus. Savu uzplaukumu mikroshēmas piedzīvoja kad bipolāros tranzistorus sāka aizvietot lauktranzistori. Taču neskatoties uz to, ka lauktranzistori ir novecojuši, tiem joprojām ir stabilas pozīcijas analogajā elektronikā. Neviens televizors, radiouztvērējs vai pastiprinātājs neiztiek bez bipolārajiem tranzistoriem, turpretī digitālajā tehnikā vadībā stabili atrodas lauktranzistori. Tas izskaidrojams ar to, ka pēdējie labāk veic elektronisko slēdžu funkciju, bet pirmie – labāk pastiprina analogos signālus.
Mikroshēmas izgatavošanas process
Mikroshēmas izgatavošanas procesu varētu sadalīt soļos.
1. Slāņošana.
Pakļaujot silikona „plāksni” augstām temperatūrām un gāzu iedarbībām tiek „uzaudzēts” pirmais silikona dioksīda slānis. Šis pieaudzēšana ir līdzīga metālu rūsēšanai, vienīgā starpība ir tāda, ka silikona dioksīda slānis atšķirībā no rūsas „uzaug” ātrāk un tas ir pārāk plāns lai būtu saskatāms ar neapbruņotu aci.
2. Fotorezistēšana
„Plāksne”, uz kuras pirms tam tika „uzaudzēts” silikona dioksīda slānis tiek pārklāta ar vielu kas tiek saukta par fotorezistu (photoresist). Fotorezists kļūst šķīstošs tad, kad tas tiek pakļauts ultravioletas gaismas iedarbībai.
3. Fotolitografēšana
Procesā ko sauc par fotolitogrāfiju ultravioletā gaisma tiek laista caur sava veida „šablonu” uz fotorezista. Tā kā fotorezists kļūst šķīstošs pie saskares ar UV gaismu tad vietās kur „šablons” fotorezistu nepasargā no UV gaismas rodas lipīgs, sašķidrināts fotorezista slānis.
4. „Gravēšana”
„Lipīgais” fotorezista slānis tiek pilnībā iznīcināts ar šķīdinātāja palīdzību un tiek atkailināts silikona dioksīda slānis. Pēc tam silikona dioksīda slānis tiek „izgrauzts” ar ķimikāliju palīdzību.
4.1
Pēc tam pārējais fotorezists tiek noņemts, šis process
Atstāj silikona dioksīda „vagas”
5. Atkārtota slāņošana
Lai uzklātu nākamo slāni tiek uzklāts vēlviens plānāks silikona dioksīda slānis virs palikušās silikona plāksnes un silikona dioksīda vagām. Tad tiek uzklāts polisilikona un vēlviens fotorezista slānis
6. Atkārtota fotolitografēšana
Līdzīgi kā 3. solī caur speciālu „šablonu” tiek laista UV gaisma, kas fotorezistu sašķidrina vietās, kur to nepasargā šablons, jo fotorezists kļūst šķīstošs tad, kad tas tiek pakļauts UV gaismas ietekmei.
7. Atkārtota „gravēšana”
Līdzīgi kā 4. solī „Lipīgais” fotorezista slānis tiek pilnībā iznīcināts ar šķīdinātāja palīdzību un tiek atkailināts silikona dioksīda slānis. Pēc tam silikona dioksīda slānis tiek „izgrauzts” ar ķimikāliju palīdzību.
7.1
Līdzīgi kā punktā 4.1 pārējais fotorezists tiek noņemts,
atstājot silikona dioksīda un polisilikona „vagas”
8. Jonu implantēšana
Saukta arī par dopēšanu. Tas ir process kad silikona plāksnes „atkailinātās” zonas tiek bombardētas ar dažādiem ķīmiskajiem maisījumiem, kas arī tiek saukti par joniem. Joni tiek implantēti tādēļ lai mainītu veidu kādā silikons šajās zonās vada elektrību.
9. Slānis virs slāņa
Tiek atkārtoti visi iepriekš veiktie procesi taču starp slāņiem tiek atstāti tādi kā „lodziņi”, kas ļauj savienot vairākus slāņus.
9.1
Pēc tam metāla atomi tiek novietoti uz šiem lodziņiem lai tos aizsegtu. Tiek veikts vēl viens „gravēšanas” process lai pabeigtu elektrisko ķēdi.
Neliels kopsavilkums
Pēc šīs shēmas ir uzbūvēts tikai 1 mikroprocesors, taču lielajās rūpnīcās šī pamata „silikona plāksne” tiek ņemta diezgan liela un uz tās vienlaicīgi tiek izveidoti vairāki tūkstoši mikroprocesoru, kuri pēc tam tiek atdalīti viens no otra ar dimanta zāģi. Katrs mikroprocesors tiek rūpīgi pārbaudīts, tādēļ pastāv ļoti maza iespēja veikalā nopirkt brāķētu procesoru. Interesants ir arī fakts, ka uz mikroshēmas bieži vien paliek diezgan daudz brīvas vietas, tādēļ cilvēki, kas strādā ar mikroshēmām nodarbojas ar tā saukto chip-art jeb mikroshēmu mākslu, attēlojot dažādus „mākslasdarbus”. Šie „mākslasdarbi” uz mikroshēmām tiek iespiesti ar fotolitogrāfijas metodi, tāpec tie neietekmē ražošanas izmaksas.
Izmantotā literatūra