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芯片上有成千上萬個晶體管,是怎麽安上去的?

芯片裏的晶體管用萬的單位來統計是不夠的,至少要用億來統計,像壹個7納米的芯片邊長差不多就1.5厘米,要在體積那麽小的芯片裏放入幾十億的晶體管,必須要用到特殊的技術和工藝。

芯片雖然體積小,但內部結構是錯綜復雜的微電路。通過X射線觀看芯片內部結構,可以看到有很多層級,上下交錯層疊大概有10層,每壹層都有晶體管,通過導線相互連接。在生產的過程中,先完成第壹層再向上遞進,就和蓋樓差不多。

鰭式場效晶體管技術是壹種新型的半導體晶體管,這種晶體管和魚鰭很像,已經達到了9奈米,是頭發絲的萬分之壹。如果是傳統的晶體管,電流經過閘門時只能管控壹邊的電路,屬於平面結構的類型,而鰭式場效晶體管實現了3D結構,電流可以實現雙向控制。

光刻機的紫外線要從原來的193nm提升到13.5nm,那就要使用最先進的EUV光刻設備進行光刻。 完成後就要用化學物質蝕刻掉多作余的矽體,通過感光產生二氧化矽這種物質,再加入多晶矽基本就可以形成門電路,建立各個晶體管之前的連接。通過這種操作方式,壹次可以註入大約3000萬個晶體管。

芯片的體積和功耗要求越來越高,對於半導體晶體管來說,要不斷突破現有技術,做到更精細,才能滿足芯片的要求,人類也在不斷創造著晶體管的技術極限。

我們的手機和電腦裏都是安裝了各種類型的芯片,芯片本身是由數以億計的晶體管組成的,而芯片是在矽晶圓的基礎上壹步壹步制造出來的,而且這個過程非常復雜,涉及到光刻、離子註入、蝕刻、曝光等壹系列步驟,由於芯片對矽晶圓的純度和光刻精度要求非常高,所以這都需要各類高端高精尖的設備才能進行,如果有雜質和誤差問題,那麽芯片也就無法正常工作。

所以說芯片當中數以億計的晶體管都是在矽晶圓上用光刻機光刻或者蝕刻上去的,之後還要以類似的方法做上相應的電路和連線,從而才能保證晶體管的正常通電工作。當然,為了保證晶體管布局的準確無誤,在芯片制造之前就必須把圖紙或者電子圖設計好,這往往需要相當長的時間,也需要經過多次驗證和試產階段,只有準確無誤的將復雜無比的電路給到壹顆顆晶體管上面,並且能保證正常工作才可以開始投產制造。

雖說半導體芯片的制造工藝不斷升級,但是晶體管本身的大小並沒有明顯變化,在大約10多年以前,晶體管大都是以2D平面式布局在芯片當中,但是自從2011年英特爾推出3D晶體管層疊結構以來,晶體管便能以層級堆疊的形式排列起來,這樣就大大增加了晶體管密度,同時借助更先進的制造工藝,晶體管之間的間距也變得更小,這樣在同樣大小的芯片中才能獲得更高的性能或更低的功耗,半導體芯片這麽多年也都是按照這樣的理念發展的。

具我所知是光刻或蝕刻上去的,並非安裝上去的,直接在矽片上刻,比如2極管,刻個2個長方形矽,中間在添加點硼或其它材料變成壹個pN結,然後許許多的這樣的二極三極管連起來組成邏輯運算單元,如非門、與門,與非門等,然後很多很多邏輯單元在組合成有各種功能的單元。總之對工藝要求很高,各元器件都是納米極的。