Homokból - Számítógép:

 

Hogyan készült? Homokból számítógép!

A világ egyik legbonyolultabb alkatrésze egész egyszerű formában kezdi életét: homokként. Lássuk, hogyan lesz a homokszemekből a számítógép lelke.

A világ legnagyobb processzorgyártója, az Intel készíti a ma kapható legtöbb szerverben, asztali gépben, laptopban, netbookban dobogó szívet, a processzort. A világ egyik legbonyolultabb alkatrésze egész egyszerű formában kezdi életét: homokként. Lássuk, hogyan lesz a homokszemekből a számítógép lelke.

Földünk egyik leggyakoribb anyaga homok. A homok, különösen a kvarchomok gazdag szilíciumban, méghozzá szilíciumdioxid formájában. Márpedig ez a félvezetőgyártás alapvető nyersanyaga.

A homokból kinyert szilíciumot több lépésben megtisztítják, hogy elérje a félvezetőgyártáshoz szükséges minőségi szintet. Az ilyen szilícium olyan nagy tisztaságú, hogy egymilliárd szilícium atomra egyetlen idegen atom juthat!

Homokból tiszta szilícium rúd

A szilícium olvadékből kristályt növesztenek, melynek eredményeként megszülető rúd formájú monokristályt bugának vagy öntecsnek hívjuk. Egy rúd nagyjából 100 kilogrammot nyom, és 99,9999 százalékos tisztasággal rendelkezik.

A rudat ezt követően szilícium korongokra szeletelik, amelyeket „wafer"-nek, azaz ostyának, vagy szilíciumszeletnek nevezünk. A szilíciumszeleteket addig polírozzák, míg hibátlan, tükörsima felületük nem lesz.

A rúdból ostya lesz

A forgó waferre egy fényérzékeny kémiai fedőréteget visznek fel, amely a filmes fotográfiában alkalmazotthoz hasonlatos. A szelet folyamatosan pörög, hogy nagyon vékony és egyenletes legyen a réteg felvitele.

A fényérzékeny réteget ezt követően ultraibolya fénynek teszik ki. Az ezáltal kiváltott kémiai reakció hasonló ahhoz a jelenséghez, amely egy kamerában a film anyagával történik abban a pillanatban, hogy a kioldó gombot megnyomjuk. A fényérzékeny fedőréteg, melyet ultraibolya fény ér, oldhatóvá válik. A levilágítás maszkok használatával történik, melyek sablonként funkcionálnak ebben a megmunkálási lépésben.

Az UV-fény alkalmazásával együtt a maszkok különféle áramkörök mintázatait alakítják ki a mikroprocesszor minden egyes rétegén. A középen, a szilícium és a maszk közt található lencse fókuszálja, zsugorítja a maszk által kivetített képet. Így a szeletre kerülő lenyomat negyedakkora, mint a maszk.

A levilágítás folyamata maszkolással történik

Habár általában egyetlen ostyán mikroprocesszorok százait alakítják ki, ez a történet egyetlen processzor, később egyetlen tranzisztor születéséről szól. A tranzisztor olyan, mint egy kis kapcsoló: az elektromos áram folyását irányítja a chipen belül.

Az Intel kutatói olyan apró tranzisztorokat fejlesztettek ki, melyekből 30 millió férne egy tű hegyére. A Sokol rádió burkolatán harminc éve a felirat büszkén hirdette: 7 darab tranzisztort tartalmaz.

A maszkolás után a mintázat mentén meggyengült fényérzékeny anyagot teljesen feloldják és eltávolítják. A megmaradt fedőréteg megvédi az alatta lévő anyagot, míg a csupasszá vált felületet kémiailag lemaratják. A maratást követően a maradék fényérzékeny réteget is eltávolítják, így létrejön a kívánt forma. Ezután megismétlik az egész folyamatot.

A maratást többször ismétlik

A maratást követően egy ion implantációnak hívott eljárással a csupaszon maradt szilíciumot különféle kémiai szennyeződéssel (ionokkal) bombázzák. Az ionokat így beültetik a szilícium anyagába, megváltoztatva az érintett területek elektromos vezetési képességét. Az elektromos mező 300 ezer km/h sebesség fölé gyorsítja az ionokat.

Ion implantáció: irányított szennyezés

A beültetést követően ismét eltávolítják a maradék védőréteget. A szennyezni kívánt anyag most már idegen atomokkal rendelkezik. 

Ez a tranzisztor már készen áll a befejezésre. Három lyukat marnak a tranzisztor feletti szigetelő rétegbe Ezeket a lyukakat rézzel töltik fel, ami a többi tranzisztorral történő összeköttetést hozza létre. 

Ezután rézszulfát oldatba kerülnek a waferek. A rézionokat egy „elektroplating" nevű lépésen keresztül helyezik el a tranzisztorokon. A rézionok a pozitív töltés felől a negatív irányba mozognak, melyet a szilícium képvisel. A rézionok egy vékony rézréteget képeznek. Ezt követően a felesleges anyagokat lecsiszolják.

Elektroplanting: létrejönnek a kapcsolatok

Több fémréteget hoznak létre, hogy összekössék a különféle tranzisztorokat. Hogy pontosan hogyan néznek majd ki ezek az összeköttetések, azt az architektúra dönti el. A chipek annak ellenére, hogy rendkívül laposnak tűnnek, valójában akár több mint 20, egymásra épülő rétegből álló komplex áramkörökből állnak.

Ha egy chipet több ezerszeresre nagyítanánk, áramköri vonalak és tranzisztorok belső hálózatát látnánk, amely úgy néz ki, mint egy futurisztikus, többszintű  úthálózat.

A kapcsolatok bonyolult hálózatát az architektúra szabja meg

A szilíciumszeleten található chipek tulajdonképp elkészültek, így kezdődik a tesztelés: megvizsgálják, hogy a kialakított áramkörök működnek-e. Amennyiben a teszten megfeleltek, a szilícium ostyát darabokra vágják.

Azok a chipdarabok, amelyek helyes választ adtak a tesztelésre, továbbjutnak a következő lépésre, a hibás darabokat kidobják. A tesztelt chipeket ezután kivágják a korongból.

Kész a chip: jön a tesztelés és a kivágás

A kivágott chipet ezt követően tokozni kell. A fogadó alapot, a chipet és a hőt elvezető és szétterítő "sapkát" összetéve kapjuk meg a végleges processzort. A tok ezen felül elektronikus és mechanikus felületet biztosít a chip számára, melyen keresztül a PC többi részével is kapcsolatba kerül.

A tokozás végére a chip elnyeri az általunk ismert formát

Kész a végleges processzor (ebben az esetben egy Core i7). A processzor a világ egyik legbonyolultabb terméke. Valójában több száz lépésből áll az előállítása, most csak a legfontosabbakat vettük sorra. A processzorok egyúttal a világ legtisztább környezetében kerülnek előállításra.

Az osztályozás végleges tesztelési fázisában a processzor kulcsjellemzőit vizsgálják, mint például a hőfejlődés, órajel.

Az osztályozást követően tálcára, vagy dobozba kerül a kész processzor

Az osztályozás során kinyert eredmények alapján a processzorokat csoportosítják, és az azonos képességűeket közös tálcára rakják.

A készre gyártott és tesztelt processzorokat tálcákon viszik a PC-gyártókhoz, vagy egy dobozban a boltokba kerülnek.


Forrás: http://www.technet.hu/notebook/20091103/hogyan_keszult_homokbol_a_vilag_legbonyolultabb_alkatresze/