मालवेअर हे अनाहूत किंवा धोकादायक प्रोग्राम आहेत जे...
मायक्रोस्कोपखाली इंटेल 8008 मायक्रोप्रोसेसर चिपचा फोटो (उच्च रिझोल्यूशन 3565×2549 सह फोटो पहा)
मायक्रोप्रोसेसर आणि चार्जर उत्साही केन शिरिफ हे इलेक्ट्रिकल हॉबीस्ट समुदायामध्ये प्रसिद्ध आहेत. त्याने पूर्वी एक लहान आयफोन चार्जर आणि डझनभर इतर चार्जरचे विश्लेषण करणारे तपशीलवार, चांगले सचित्र अहवाल प्रकाशित केले होते, त्यापैकी Apple चे उत्कृष्ट उत्पादन देखील सर्वोत्तम नाही. 2013 मध्ये त्याने धारण केले (हे ऑस्बोर्न 1, TRS-80 आणि सिंक्लेअर ZX स्पेक्ट्रमचे प्रोसेसर आहे).
प्रोसेसर दस्तऐवजीकरणावरून आपण शोधू शकता की चिपवर विशिष्ट कार्यात्मक क्षेत्रे कोठे आहेत. ते सर्व खालील प्रतिमेमध्ये स्वाक्षरी केलेले आहेत. डावीकडे अंकगणित तर्कशास्त्र एकक (ALU) आहे ज्यामध्ये गणना झाली.
एएलयूने येणारा डेटा संचयित करण्यासाठी दोन तात्पुरती नोंदणी वापरली. या नोंदींनी चिपवरील महत्त्वपूर्ण क्षेत्र व्यापले आहे. ते जटिल आहेत म्हणून नाही, परंतु त्यांना ALU सर्किटद्वारे सिग्नल प्रसारित करण्यासाठी मोठ्या ट्रान्झिस्टरची आवश्यकता आहे.
ALU ची त्रिकोणी रचना देखील असामान्य दिसते. बहुतेक प्रोसेसरमध्ये, प्रत्येक बिटसाठी सर्किट्स आयताकृती ब्लॉक्समध्ये व्यवस्थित केले जातात. तथापि, 8008 मध्ये, त्रिकोणी कॅरी जनरेटरद्वारे त्यांच्यासाठी सोडलेल्या क्षेत्रामध्ये बसण्यासाठी त्रिकोणी क्षेत्रावर आठ ब्लॉक्स (प्रत्येक बिटसाठी एक) यादृच्छिकपणे वितरित केले जातात.
चिपची भौतिक रचना इंटेल 8008 वापरकर्ता मॅन्युअलमधील ब्लॉक डायग्रामशी चांगली जुळते. चिपवरील ब्लॉक्स आकृतीत प्रमाणेच जवळजवळ त्याच ठिकाणी स्थित आहेत.
अभियंता निदर्शनास आणून देतात की इंटेलने अशा चिपसाठी स्पष्टपणे 18 पाय (14 ॲड्रेस बिट्स आणि 8 डेटा बिट) का वापरले याचे तज्ज्ञांकडे कोणतेही स्पष्टीकरण नाही, कारण अशा नॉन-स्टँडर्ड बस आर्किटेक्चरमुळे खूप वापरणे आवश्यक होते. या प्रोसेसरसह अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक्सचे. तो म्हणतो की 16 पिन हा शब्दशः "इंटेलचा धर्म" होता, परंतु डिझाइनर, बस आर्किटेक्चरच्या चतुर हाताळणीद्वारे, पिनची संख्या केवळ 18 पर्यंत कमी करण्यात यशस्वी झाले.
वचन दिल्याप्रमाणे - प्रोसेसर कसे बनवले जातात याबद्दल तपशीलवार कथा... वाळूपासून सुरू होणारी. तुम्हाला सर्व काही जाणून घ्यायचे होते परंतु विचारण्यास घाबरत होते)
मी आधीच बोललो आहे " प्रोसेसर कुठे बनवले जातात?"आणि कशाबद्दल" उत्पादन अडचणी"या मार्गावर आहेत. आज आपण थेट उत्पादनाबद्दलच बोलू - "सुरुवातीपासून शेवटपर्यंत."
प्रोसेसर उत्पादन
जेव्हा नवीन तंत्रज्ञानाचा वापर करून प्रोसेसरच्या उत्पादनासाठी कारखाना तयार केला जातो, तेव्हा गुंतवणूकीची परतफेड करण्यासाठी ($5 अब्जांपेक्षा जास्त) आणि नफा मिळविण्यासाठी 4 वर्षे असतात. साध्या गुप्त गणनेवरून असे दिसून येते की कारखान्याने प्रति तास किमान 100 कार्यरत वेफर्स तयार केले पाहिजेत.थोडक्यात, प्रोसेसर तयार करण्याची प्रक्रिया अशी दिसते: विशेष उपकरणे वापरून वितळलेल्या सिलिकॉनपासून एक दंडगोलाकार सिंगल क्रिस्टल वाढविला जातो. परिणामी पिंड थंड केले जाते आणि "पॅनकेक्स" मध्ये कापले जाते, ज्याची पृष्ठभाग काळजीपूर्वक समतल केली जाते आणि आरशात चमकते. त्यानंतर, सेमीकंडक्टर कारखान्यांच्या "स्वच्छ खोल्या" मध्ये, फोटोलिथोग्राफी आणि एचिंग वापरून सिलिकॉन वेफर्सवर एकात्मिक सर्किट तयार केले जातात. वेफर्स पुन्हा साफ केल्यानंतर, प्रयोगशाळेतील विशेषज्ञ सूक्ष्मदर्शकाखाली प्रोसेसरची निवडक चाचणी करतात - जर सर्वकाही "ठीक" असेल, तर तयार वेफर्स वैयक्तिक प्रोसेसरमध्ये कापले जातात, जे नंतर घरांमध्ये बंद केले जातात.
रसायनशास्त्राचे धडे
चला संपूर्ण प्रक्रिया अधिक तपशीलवार पाहू. पृथ्वीच्या कवचामध्ये सिलिकॉनचे प्रमाण वजनाने 25-30% असते, ज्यामुळे हा घटक ऑक्सिजननंतर दुसऱ्या क्रमांकावर असतो. वाळू, विशेषत: क्वार्ट्ज वाळूमध्ये सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO 2) स्वरूपात सिलिकॉनची उच्च टक्केवारी असते आणि उत्पादन प्रक्रियेच्या सुरुवातीच्या काळात अर्धसंवाहक तयार करण्यासाठी हा एक मूलभूत घटक आहे.सुरुवातीला, SiO 2 वाळूच्या स्वरूपात घेतले जाते, जे कोक भट्टीमध्ये कमी केले जाते (सुमारे 1800 डिग्री सेल्सियस तापमानात):
या प्रतिक्रिया, सिलिकॉन असलेल्या परिणामी उप-उत्पादनांच्या पुनर्वापराचा वापर करून, खर्च कमी करतात आणि पर्यावरणीय समस्या दूर करतात:
2SiHCl 3 SiH 2 Cl 2 + SiCl 4परिणामी हायड्रोजन बऱ्याच ठिकाणी वापरला जाऊ शकतो, परंतु सर्वात महत्वाची गोष्ट म्हणजे "इलेक्ट्रॉनिक" सिलिकॉन प्राप्त झाले, शुद्ध, अतिशय शुद्ध (99.9999999%). थोड्या वेळाने, एक बियाणे ("वाढीचा बिंदू") अशा सिलिकॉनच्या वितळण्यामध्ये कमी केले जाते, जे हळूहळू क्रूसिबलमधून बाहेर काढले जाते. परिणामी, एक तथाकथित "बोल" तयार होतो - प्रौढांइतका उंच एकच क्रिस्टल. वजन योग्य आहे - उत्पादनात अशा थूथनचे वजन सुमारे 100 किलो असते.
2SiH 2 Cl 2 SiH 3 Cl + SiHCl 3
2SiH 3 Cl SiH 4 + SiH 2 Cl 2
SiH 4 Si + 2H 2
पिंडाला “शून्य” ने वाळू दिली जाते :) आणि डायमंड सॉने कापली जाते. आउटपुट वेफर्स आहे (कोडनाम "वेफर") सुमारे 1 मिमी जाड आणि 300 मिमी व्यासाचे (~ 12 इंच; हे एचकेएमजी, हाय-के/मेटल गेट तंत्रज्ञानासह 32nm प्रक्रियेसाठी वापरले जातात). एकेकाळी, इंटेलने 50 मिमी (2") व्यासासह डिस्क वापरल्या होत्या आणि नजीकच्या भविष्यात ते 450 मिमी व्यासासह वेफर्सवर स्विच करण्याची योजना आखत आहेत - हे कमी करण्याच्या दृष्टिकोनातून किमान न्याय्य आहे. चिप्सच्या उत्पादनाची किंमत - हे सर्व क्रिस्टल्स प्रोसेसर उत्पादनासाठी इतरत्र विकत घेतले जातात.
प्रत्येक प्लेट पॉलिश केलेली असते, उत्तम प्रकारे गुळगुळीत केली जाते, तिच्या पृष्ठभागाला आरशात चमक आणते.
चिप्सच्या उत्पादनामध्ये तीनशेहून अधिक ऑपरेशन्स असतात, परिणामी 20 पेक्षा जास्त स्तर एक जटिल त्रिमितीय रचना बनवतात - Habré वर उपलब्ध लेखाचा खंड आम्हाला या यादीच्या अर्ध्या भागाबद्दल थोडक्यात बोलू देणार नाही. :) म्हणून, अगदी थोडक्यात आणि फक्त सर्वात महत्वाच्या टप्प्यांबद्दल.
तर. भविष्यातील प्रोसेसरची रचना पॉलिश सिलिकॉन वेफर्समध्ये हस्तांतरित करणे आवश्यक आहे, म्हणजेच सिलिकॉन वेफरच्या विशिष्ट भागात अशुद्धता समाविष्ट करणे, जे शेवटी ट्रान्झिस्टर बनवते. हे कसे करायचे? सर्वसाधारणपणे, प्रोसेसर सब्सट्रेटवर विविध स्तर लागू करणे हे एक संपूर्ण विज्ञान आहे, कारण सिद्धांततः अशी प्रक्रिया अगदी सोपी नाही (प्रॅक्टिसमध्ये उल्लेख करणे आवश्यक नाही, स्केल लक्षात घेऊन) ... परंतु जटिल समजून घेणे खूप छान आहे; ) ठीक आहे, किंवा किमान ते शोधण्याचा प्रयत्न करा.
फोटोलिथोग्राफी
फोटोलिथोग्राफी तंत्रज्ञानाचा वापर करून समस्येचे निराकरण केले जाते - संरक्षणात्मक फोटोमास्क वापरून पृष्ठभागाच्या स्तराच्या निवडक नक्षीची प्रक्रिया. तंत्रज्ञान "लाइट-टेम्पलेट-फोटोरिस्ट" तत्त्वावर तयार केले गेले आहे आणि पुढीलप्रमाणे पुढे जाते:- सिलिकॉन सब्सट्रेटवर सामग्रीचा एक थर लावला जातो ज्यामधून एक नमुना तयार करायचा आहे. त्यावर ते लागू केले जाते फोटोरेसिस्ट- पॉलिमर प्रकाशसंवेदी सामग्रीचा एक थर जो प्रकाशाने विकिरणित केल्यावर त्याचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म बदलतो.इच्छित रचना फोटोमास्कवर काढली जाते - एक नियम म्हणून, ही ऑप्टिकल काचेची प्लेट आहे ज्यावर अपारदर्शक भाग छायाचित्रितपणे लागू केले जातात. अशा प्रत्येक टेम्प्लेटमध्ये भविष्यातील प्रोसेसरचा एक स्तर असतो, म्हणून ते अतिशय अचूक आणि व्यावहारिक असणे आवश्यक आहे.
- उत्पादनात उद्भासन(फोटो मास्कद्वारे अचूकपणे सेट केलेल्या कालावधीसाठी फोटो लेयरचा प्रकाश).
- खर्च केलेले फोटोरेसिस्ट काढून टाकणे.
कधीकधी प्लेटवर योग्य ठिकाणी विशिष्ट सामग्री जमा करणे केवळ अशक्य असते, म्हणून सामग्री एकाच वेळी संपूर्ण पृष्ठभागावर लागू करणे खूप सोपे आहे, ज्या ठिकाणी त्याची आवश्यकता नाही त्या ठिकाणाहून जास्तीचे काढून टाकणे - वरील प्रतिमा दर्शवते. निळ्या मध्ये photoresist अर्ज.
वेफर आयनच्या प्रवाहाद्वारे (सकारात्मक किंवा नकारात्मक चार्ज केलेले अणू) विकिरणित केले जाते, जे दिलेल्या ठिकाणी वेफरच्या पृष्ठभागाखाली प्रवेश करतात आणि सिलिकॉनचे प्रवाहकीय गुणधर्म बदलतात (हिरव्या भागात एम्बेड केलेले परदेशी अणू असतात).
पुढील उपचारांची आवश्यकता नसलेल्या भागांना वेगळे कसे करावे? लिथोग्राफीपूर्वी, सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर (विशेष चेंबरमध्ये उच्च तापमानावर) डायलेक्ट्रिकची एक संरक्षक फिल्म लागू केली जाते - जसे मी आधीच सांगितले आहे, पारंपारिक सिलिकॉन डायऑक्साइडऐवजी, इंटेलने हाय-के डायलेक्ट्रिक वापरण्यास सुरुवात केली. हे सिलिकॉन डायऑक्साइडपेक्षा जाड आहे, परंतु त्याच वेळी ते समान कॅपेसिटिव्ह गुणधर्म आहेत. शिवाय, जाडी वाढल्यामुळे, डायलेक्ट्रिकद्वारे गळतीचे प्रवाह कमी झाले आहे आणि परिणामी, अधिक ऊर्जा-कार्यक्षम प्रोसेसर प्राप्त करणे शक्य झाले आहे. सर्वसाधारणपणे, प्लेटच्या संपूर्ण पृष्ठभागावर या फिल्मची एकसमानता सुनिश्चित करणे अधिक कठीण आहे - या संदर्भात, उत्पादनात उच्च-परिशुद्धता तापमान नियंत्रण वापरले जाते.
तर इथे आहे. ज्या ठिकाणी अशुद्धतेवर उपचार केले जातील त्या ठिकाणी, संरक्षक फिल्मची आवश्यकता नाही - ते कोरीवकाम वापरून काळजीपूर्वक काढले जाते (विशिष्ट गुणधर्मांसह बहुस्तरीय रचना तयार करण्यासाठी लेयरचे क्षेत्र काढून टाकणे). आपण ते सर्वत्र नाही तर फक्त योग्य भागात कसे काढू शकता? हे करण्यासाठी, फिल्मच्या शीर्षस्थानी फोटोरेसिस्टचा दुसरा स्तर लागू करणे आवश्यक आहे - फिरत्या प्लेटच्या केंद्रापसारक शक्तीमुळे, ते अतिशय पातळ थराने लागू केले जाते.
फोटोग्राफीमध्ये, प्रकाश नकारात्मक फिल्ममधून जातो, फोटोग्राफिक पेपरच्या पृष्ठभागावर आदळतो आणि त्याचे रासायनिक गुणधर्म बदलतात. फोटोलिथोग्राफीमध्ये, तत्त्व समान आहे: प्रकाश फोटोमास्कमधून फोटोरेसिस्टवर जातो आणि ज्या ठिकाणी तो मास्कमधून जातो त्या ठिकाणी, फोटोरेसिस्टचे वैयक्तिक विभाग गुणधर्म बदलतात. प्रकाश विकिरण मास्कद्वारे प्रसारित केले जाते, जे सब्सट्रेटवर केंद्रित आहे. तंतोतंत फोकस करण्यासाठी, लेन्स किंवा आरशांची एक विशेष प्रणाली आवश्यक आहे, जी मास्कवर कापलेली प्रतिमा केवळ चिपच्या आकारापर्यंत कमी करू शकत नाही तर ती वर्कपीसवर अचूकपणे प्रक्षेपित करू शकते. मुद्रित वेफर्स सामान्यत: मास्कपेक्षा चार पट लहान असतात.
सर्व खर्च केलेले फोटोरेसिस्ट (ज्याने विकिरणांच्या प्रभावाखाली त्याची विद्राव्यता बदलली आहे) एका विशेष रासायनिक द्रावणाने काढून टाकली जाते - त्यासह, प्रकाशित फोटोरेसिस्ट अंतर्गत सब्सट्रेटचा भाग देखील विरघळतो. मास्कद्वारे प्रकाशापासून संरक्षित केलेला सब्सट्रेटचा भाग विरघळणार नाही. हे कंडक्टर किंवा भविष्यातील सक्रिय घटक बनवते - या दृष्टिकोनाचा परिणाम मायक्रोप्रोसेसरच्या प्रत्येक लेयरवर भिन्न सर्किट पॅटर्न आहे.
खरं तर, दाता (n-प्रकार) किंवा स्वीकारकर्ता (p-प्रकार) अशुद्धता सादर करून आवश्यक ठिकाणी अर्धसंवाहक संरचना तयार करण्यासाठी मागील सर्व पायऱ्या आवश्यक होत्या. समजा आपल्याला सिलिकॉनमध्ये p-प्रकारच्या वाहक एकाग्रतेचा प्रदेश तयार करणे आवश्यक आहे, म्हणजेच एक छिद्र वहन क्षेत्र. हे करण्यासाठी, प्लेट नावाचे उपकरण वापरून प्रक्रिया केली जाते रोपण- प्रचंड ऊर्जेसह बोरॉन आयन उच्च-व्होल्टेज प्रवेगकातून काढले जातात आणि फोटोलिथोग्राफी दरम्यान तयार झालेल्या असुरक्षित झोनमध्ये समान रीतीने वितरित केले जातात.
जिथे डायलेक्ट्रिक काढले गेले आहे, आयन असुरक्षित सिलिकॉनच्या थरात घुसतात - अन्यथा ते डायलेक्ट्रिकमध्ये "अडकले" आहेत. पुढील एचिंग प्रक्रियेनंतर, डायलेक्ट्रिकचे अवशेष काढून टाकले जातात आणि ज्या प्लेटमध्ये स्थानिक बोरॉन आहे त्या प्लेटवर झोन राहतात. हे स्पष्ट आहे की आधुनिक प्रोसेसरमध्ये असे अनेक स्तर असू शकतात - या प्रकरणात, परिणामी चित्रावर एक डायलेक्ट्रिक थर पुन्हा उगवला जातो आणि नंतर सर्व काही चांगल्या मार्गाचे अनुसरण करते - फोटोरेसिस्टचा आणखी एक थर, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया (नवीन मुखवटा वापरून) , एचिंग, इम्प्लांटेशन... तुम्हाला समजले आहे.
ट्रान्झिस्टरचे वैशिष्ट्यपूर्ण आकार आता 32 एनएम आहे आणि ज्या तरंगलांबीसह सिलिकॉनवर प्रक्रिया केली जाते ती सामान्य प्रकाश नसून एक विशेष अल्ट्राव्हायोलेट एक्सायमर लेसर - 193 एनएम आहे. तथापि, ऑप्टिक्सचे नियम अर्ध्या तरंगलांबीपेक्षा कमी अंतरावर असलेल्या दोन वस्तूंचे निराकरण करण्यास परवानगी देत नाहीत. हे प्रकाशाच्या विवर्तनामुळे घडते. मी काय करू? विविध युक्त्या वापरा - उदाहरणार्थ, अल्ट्राव्हायोलेट स्पेक्ट्रममध्ये जास्त चमकणारे उल्लेखित एक्सायमर लेसर व्यतिरिक्त, आधुनिक फोटोलिथोग्राफी विशेष मुखवटे आणि विसर्जन (सबमर्सिबल) फोटोलिथोग्राफीची विशेष प्रक्रिया वापरून मल्टीलेयर रिफ्लेक्टिव्ह ऑप्टिक्स वापरते.
फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेदरम्यान तयार होणारे तर्क घटक एकमेकांशी जोडलेले असणे आवश्यक आहे. हे करण्यासाठी, प्लेट्स तांबे सल्फेटच्या द्रावणात ठेवल्या जातात, ज्यामध्ये, विद्युत प्रवाहाच्या प्रभावाखाली, धातूचे अणू उर्वरित "पॅसेज" मध्ये "स्थायिक" होतात - या गॅल्व्हनिक प्रक्रियेच्या परिणामी, प्रवाहकीय क्षेत्रे तयार होतात. , प्रोसेसर "लॉजिक" च्या वैयक्तिक भागांमध्ये कनेक्शन तयार करणे. पॉलिशिंगद्वारे अतिरिक्त प्रवाहकीय कोटिंग काढून टाकले जाते.
समाप्त ओळ
हुर्रे - सर्वात कठीण भाग संपला आहे. ट्रान्झिस्टरचे "अवशेष" जोडण्याचा एक धूर्त मार्ग आहे - या सर्व कनेक्शनचे (बस) तत्त्व आणि क्रम याला प्रोसेसर आर्किटेक्चर म्हणतात. हे कनेक्शन प्रत्येक प्रोसेसरसाठी भिन्न आहेत - जरी सर्किट पूर्णपणे सपाट दिसत असले तरी, काही प्रकरणांमध्ये अशा "वायर" च्या 30 स्तरांपर्यंत वापरल्या जाऊ शकतात. दुरून (खूप मोठ्या प्रमाणात) हे सर्व एखाद्या भविष्यकालीन रस्त्याच्या जंक्शनसारखे दिसते - आणि शेवटी, कोणीतरी या गुंतागुंतीची रचना करत आहे!
वेफर प्रक्रिया पूर्ण झाल्यावर, वेफर्स उत्पादनातून असेंब्ली आणि टेस्टिंग शॉपमध्ये हस्तांतरित केले जातात. तेथे, क्रिस्टल्स पहिल्या चाचण्या घेतात आणि जे चाचणी उत्तीर्ण करतात (आणि हे बहुसंख्य आहे) एका विशेष उपकरणाने सब्सट्रेटमधून कापले जातात.
पुढच्या टप्प्यावर, प्रोसेसर एका सब्सट्रेटमध्ये पॅक केला जातो (चित्रात इंटेल कोर i5 प्रोसेसर आहे, ज्यामध्ये CPU आणि HD ग्राफिक्स चिप असते).
हॅलो सॉकेट!
सब्सट्रेट, क्रिस्टल आणि उष्णता वितरण कव्हर एकत्र जोडलेले आहेत - जेव्हा आपण "प्रोसेसर" शब्द म्हणतो तेव्हा हे उत्पादन आहे. ग्रीन सब्सट्रेट एक इलेक्ट्रिकल आणि मेकॅनिकल इंटरफेस तयार करते (सिलिकॉन चिपला केसशी इलेक्ट्रिकली जोडण्यासाठी सोन्याचा वापर केला जातो), ज्यामुळे मदरबोर्ड सॉकेटमध्ये प्रोसेसर स्थापित करणे शक्य होईल - खरं तर, हे फक्त एक प्लॅटफॉर्म आहे ज्यावर लहान चिप पासून संपर्क रूट केले जातात. उष्णता वितरण कव्हर हे थर्मल इंटरफेस आहे जे ऑपरेशन दरम्यान प्रोसेसरला थंड करते - या कव्हरला शीतकरण प्रणाली जोडली जाईल, मग ते कूलर रेडिएटर असो किंवा निरोगी पाणी ब्लॉक.
सॉकेट(CPU सॉकेट) - मध्यवर्ती प्रोसेसर स्थापित करण्यासाठी डिझाइन केलेले मादी किंवा स्लॉट कनेक्टर. प्रोसेसर थेट मदरबोर्डवर सोल्डर करण्याऐवजी सॉकेट वापरल्याने तुमचा संगणक अपग्रेड किंवा दुरुस्त करण्यासाठी प्रोसेसर बदलणे सोपे होते. कनेक्टर स्वतः प्रोसेसर किंवा CPU कार्ड (उदाहरणार्थ, Pegasos मध्ये) स्थापित करण्यासाठी हेतू असू शकतो. प्रत्येक स्लॉट केवळ विशिष्ट प्रकारचे प्रोसेसर किंवा CPU कार्ड स्थापित करण्याची परवानगी देतो.
उत्पादनाच्या अंतिम टप्प्यावर, तयार प्रोसेसर मूलभूत वैशिष्ट्ये पूर्ण करतात याची खात्री करण्यासाठी अंतिम चाचण्या घेतात - जर सर्वकाही व्यवस्थित असेल, तर प्रोसेसर आवश्यक क्रमाने विशेष ट्रेमध्ये वर्गीकृत केले जातात - या फॉर्ममध्ये प्रोसेसर उत्पादकांकडे जातील किंवा जातील. OEM वर विक्रीवर. दुसरी बॅच BOX आवृत्त्या म्हणून विकली जाईल - स्टॉक कूलिंग सिस्टमसह एका सुंदर बॉक्समध्ये.
शेवट
आता कल्पना करा की एखादी कंपनी जाहीर करते, उदाहरणार्थ, 20 नवीन प्रोसेसर. ते सर्व एकमेकांपासून भिन्न आहेत - कोरची संख्या, कॅशे आकार, समर्थित तंत्रज्ञान... प्रत्येक प्रोसेसर मॉडेल ठराविक संख्येने ट्रान्झिस्टर वापरते (लाखो आणि अगदी अब्जावधीत मोजले जाते), घटक जोडण्याचे स्वतःचे तत्त्व... आणि सर्व हे डिझाइन आणि तयार/स्वयंचलित केले पाहिजे - टेम्पलेट्स, लेन्स, लिथोग्राफी, प्रत्येक प्रक्रियेसाठी शेकडो पॅरामीटर्स, चाचणी... आणि हे सर्व एकाच वेळी अनेक कारखान्यांमध्ये चोवीस तास चालले पाहिजे... परिणामी, उपकरणे दिसली पाहिजेत ज्याच्या ऑपरेशनमध्ये त्रुटी राहण्यास जागा नाही... आणि या तांत्रिक उत्कृष्ट नमुनांची किंमत सभ्यतेच्या मर्यादेत असली पाहिजे... जवळजवळ निश्चित मुद्दा असा आहे की माझ्याप्रमाणे तुम्हीही कामाच्या पूर्ण व्याप्तीची कल्पना करू शकत नाही. , ज्याबद्दल मी आज बोलण्याचा प्रयत्न केला.बरं, आणि आणखी आश्चर्यकारक काहीतरी. कल्पना करा की पाच मिनिटांत तुम्ही एक महान शास्त्रज्ञ आहात - तुम्ही प्रोसेसरचे उष्णता वितरण कव्हर काळजीपूर्वक काढून टाकले आहे आणि एका मोठ्या सूक्ष्मदर्शकाद्वारे तुम्ही प्रोसेसरची रचना पाहू शकता - हे सर्व कनेक्शन, ट्रान्झिस्टर... तुम्ही त्यावर काहीतरी रेखाटले आहे. विसरु नये म्हणून कागदाचा तुकडा. तुम्हाला असे वाटते का की प्रोसेसरच्या ऑपरेशनच्या तत्त्वांचा अभ्यास करणे सोपे आहे, फक्त हा डेटा आणि या प्रोसेसरचा वापर करून कोणती कार्ये सोडवली जाऊ शकतात याबद्दलचा डेटा आहे? मला असे दिसते की अंदाजे हे चित्र आता शास्त्रज्ञांना दृश्यमान आहे जे मानवी मेंदूच्या कार्याचा समान पातळीवर अभ्यास करण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. जर तुम्ही स्टॅनफोर्ड सूक्ष्मजीवशास्त्रज्ञांवर विश्वास ठेवता तरच, एका मानवी मेंदूमध्ये
नमस्कार प्रिय वाचकांनो. आज आम्ही तुम्हाला दाखवणार आहोत की प्रोसेसर आतून काय असते. बऱ्याच वापरकर्त्यांना, अर्थातच, मदरबोर्डवर प्रोसेसर स्थापित करण्याचा अनुभव आला आहे, परंतु ते आतून कसे दिसते हे अनेकांना माहित नाही. आम्ही तुम्हाला अगदी सोप्या भाषेत समजावून सांगण्याचा प्रयत्न करू जेणेकरून ते समजण्यासारखे असेल, परंतु त्याच वेळी तपशील वगळल्याशिवाय. आपण प्रोसेसरच्या घटकांबद्दल बोलणे सुरू करण्यापूर्वी, आपण अतिशय मनोरंजक रशियन एल्ब्रस प्रोटोटाइपसह परिचित होऊ शकता.
बर्याच वापरकर्त्यांचा असा विश्वास आहे की चित्रात दर्शविल्याप्रमाणे प्रोसेसर तंतोतंत दिसत आहे.
तथापि, ही संपूर्ण असेंब्ली आहे, ज्यामध्ये लहान आणि महत्त्वपूर्ण भाग असतात. प्रोसेसरमध्ये आतून काय असते ते पाहू या. प्रोसेसरमध्ये हे समाविष्ट आहे:
वरील आकृती, क्रमांक 1, एक संरक्षणात्मक आवरण दर्शविते जे धूळ आणि इतर लहान कणांच्या प्रवेशापासून यांत्रिक संरक्षण प्रदान करते. कव्हर अशा सामग्रीचे बनलेले आहे ज्यामध्ये उच्च थर्मल चालकता गुणांक आहे, जे आपल्याला क्रिस्टलमधून अतिरिक्त उष्णता काढून टाकण्याची परवानगी देते, ज्यामुळे प्रोसेसरची सामान्य तापमान श्रेणी सुनिश्चित होते.
क्रमांक 2 प्रोसेसरचा "मेंदू" आणि संपूर्ण संगणक दर्शवितो - हे एक क्रिस्टल आहे. तोच प्रोसेसरचा सर्वात "स्मार्ट" घटक मानला जातो, जो त्यास नियुक्त केलेली सर्व कार्ये करतो. आपण पाहू शकता की क्रिस्टलवर मायक्रोसर्किटचा पातळ थर लावला जातो, जो प्रोसेसरचे निर्दिष्ट कार्य सुनिश्चित करते. बहुतेकदा, प्रोसेसर क्रिस्टल्स सिलिकॉनचे बनलेले असतात: हे या घटकामध्ये बरेच जटिल आण्विक बंध आहेत जे अंतर्गत प्रवाहांच्या निर्मितीमध्ये वापरले जातात, जे बहु-थ्रेडेड माहिती प्रक्रियेची निर्मिती सुनिश्चित करते.
क्रमांक 3 टेक्स्टोलाइट प्लॅटफॉर्म दर्शवितो ज्यावर इतर सर्व काही जोडलेले होते: क्रिस्टल आणि झाकण. हे प्लॅटफॉर्म एक चांगले कंडक्टर म्हणून देखील कार्य करते, जे क्रिस्टलशी चांगले विद्युत संपर्क सुनिश्चित करते. प्लॅटफॉर्मच्या उलट बाजूस, विद्युत चालकता वाढवण्यासाठी, मौल्यवान धातूपासून बनविलेले अनेक बिंदू आहेत (कधीकधी सोने देखील वापरले जाते).
उदाहरण म्हणून इंटेल प्रोसेसर वापरून विद्युतीय प्रवाहकीय बिंदू कसे दिसतात ते येथे आहे.
मदरबोर्डवर कोणते सॉकेट आहे यावर संपर्कांचा आकार अवलंबून असतो. असे देखील घडते की प्लॅटफॉर्मच्या मागील बाजूस ठिपक्यांऐवजी, आपण समान भूमिका बजावणार्या पिन पाहू शकता. सामान्यतः, प्रोसेसरच्या इंटेल कुटुंबासाठी, पिन मदरबोर्डवरच असतात. या प्रकरणात, पॉइंट्स सब्सट्रेट (उर्फ प्लॅटफॉर्म) वर स्थित असतील. AMD प्रोसेसर कुटुंबासाठी, पिन थेट सब्सट्रेटवरच स्थित असतात. असे प्रोसेसर असे दिसतात:
आता सर्व भाग जोडण्याची पद्धत पाहू. सब्सट्रेटवर झाकण घट्ट धरून ठेवण्यासाठी, ते उच्च तापमानास प्रतिरोधक असलेल्या विशेष गोंद-सीलंटचा वापर करून "बसलेले" आहे. हे संरचनेला त्याच्या अखंडतेचे उल्लंघन न करता कायमस्वरूपी कनेक्शनमध्ये ठेवण्यास अनुमती देते.
क्रिस्टल जास्त गरम होत नाही याची खात्री करण्यासाठी, त्यावर एक विशेष गॅस्केट 1 लागू केला जातो, ज्याच्या वर, थर्मल पेस्ट 2 लागू केला जातो, ज्यामुळे झाकण प्रभावी उष्णता नष्ट होते. झाकण देखील थर्मल पेस्टने आतून "लुब्रिकेटेड" आहे.
आता ड्युअल-कोर प्रोसेसर कसा दिसतो ते पाहू. कोर हा एक वेगळा, कार्यशीलपणे स्वतंत्र क्रिस्टल आहे, जो सब्सट्रेटवर समांतर स्थापित केला जातो. असे दिसते.
अशा प्रकारे, 2 कोर शेजारी शेजारी स्थापित केल्याने प्रोसेसरची एकूण शक्ती वाढते. तथापि, जर तुम्हाला 2 क्रिस्टल्स एकमेकांच्या शेजारी उभे दिसले तर याचा अर्थ असा नाही की तुमच्याकडे ड्युअल-कोर प्रोसेसर आहे. काही सॉकेट्समध्ये 2 क्रिस्टल्स स्थापित आहेत, त्यापैकी एक अंकगणित-तार्किक भागासाठी जबाबदार आहे आणि दुसरा ग्राफिक्स प्रक्रियेसाठी (एक विशिष्ट अंगभूत ग्राफिक्स प्रोसेसर). तुमच्याकडे अंगभूत व्हिडिओ कार्ड आहे जे हाताळण्यासाठी पुरेसे शक्तिशाली नाही अशा प्रकरणांमध्ये हे उपयुक्त ठरते, उदाहरणार्थ, काही गेम. या प्रकरणांमध्ये, गणनाचा सिंहाचा वाटा सेंट्रल प्रोसेसरच्या ग्राफिक्स भागाद्वारे घेतला जातो. ग्राफिक्स कोर असलेला प्रोसेसर असा दिसतो.
तर, मित्रांनो, प्रोसेसरमध्ये काय असते ते आम्ही शोधून काढले. हे आता स्पष्ट झाले आहे की प्रोसेसरमध्ये समाविष्ट असलेली सर्व उपकरणे उच्च-गुणवत्तेच्या कामासाठी महत्त्वपूर्ण आणि अपरिहार्य भूमिका बजावतात. आमच्या साइटवरील लेखांवर टिप्पणी करण्यास विसरू नका, आमच्या वृत्तपत्राची सदस्यता घ्या आणि बऱ्याच मनोरंजक गोष्टी जाणून घ्या. तुमचे मत आमच्यासाठी महत्त्वाचे आहे!
| लेखाचे लेखक: गविंदझिलिया ग्रिगोरी आणि पश्चेन्को सेर्गे | |||||||||||||||||||
पी- आणि एन-सेमीकंडक्टरचे संपर्क ट्रान्झिस्टर तयार करणे शक्य करतात - आधुनिक मायक्रोसर्किट्सचे मुख्य संरचनात्मक घटक. हे ट्रान्झिस्टर, ज्याला CMOS ट्रान्झिस्टर म्हणतात, दोन मूलभूत स्थितींमध्ये अस्तित्वात असू शकतात: उघडे, जेव्हा ते वीज चालवतात आणि बंद, जेव्हा ते वीज चालवत नाहीत. सीएमओएस ट्रान्झिस्टर हे आधुनिक मायक्रोसर्किट्सचे मुख्य घटक असल्याने, त्यांच्याबद्दल अधिक तपशीलवार बोलूया.
सर्वात सोप्या एन-टाइप सीएमओएस ट्रान्झिस्टरमध्ये तीन इलेक्ट्रोड आहेत: स्त्रोत, गेट आणि ड्रेन.
ट्रान्झिस्टर स्वतःच छिद्र चालकता असलेल्या p-प्रकारच्या अर्धसंवाहकाने बनलेला असतो आणि इलेक्ट्रॉनिक चालकता असलेले n-प्रकार अर्धसंवाहक ड्रेन आणि स्त्रोत क्षेत्रांमध्ये तयार होतात.
तर, आधुनिक एकात्मिक सर्किटमध्ये लाखो साधे CMOS ट्रान्झिस्टर असतात. मायक्रो सर्किट्स तयार करण्याच्या प्रक्रियेवर आपण अधिक तपशीलवार राहू या, ज्याचा पहिला टप्पा म्हणजे सिलिकॉन सब्सट्रेट्सचे उत्पादन.
पायरी 1. रिक्त जागा वाढवणे
अशा सब्सट्रेट्सची निर्मिती बेलनाकार सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल वाढण्यापासून सुरू होते. त्यानंतर, हे सिंगल-क्रिस्टलाइन ब्लँक्स (रिक्त) गोल वेफर्स (वेफर्स) मध्ये कापले जातात, ज्याची जाडी अंदाजे 1/40 इंच असते आणि व्यास 200 मिमी (8 इंच) किंवा 300 मिमी (12 इंच) असतो. हे सिलिकॉन सब्सट्रेट्स आहेत जे मायक्रोसर्किट्सच्या उत्पादनासाठी वापरले जातात.
सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल्सपासून वेफर्स तयार करताना, आदर्श क्रिस्टल स्ट्रक्चर्ससाठी भौतिक गुणधर्म मुख्यत्वे निवडलेल्या दिशेवर (ॲनिसोट्रॉपी गुणधर्म) अवलंबून असतात हे तथ्य विचारात घेतले जाते. उदाहरणार्थ, सिलिकॉन सब्सट्रेटचा प्रतिकार अनुदैर्ध्य आणि आडवा दिशांमध्ये भिन्न असेल. त्याचप्रमाणे, क्रिस्टल जाळीच्या अभिमुखतेवर अवलंबून, सिलिकॉन क्रिस्टल त्याच्या पुढील प्रक्रियेशी संबंधित असलेल्या कोणत्याही बाह्य प्रभावांना वेगळ्या पद्धतीने प्रतिक्रिया देईल (उदाहरणार्थ, एचिंग, स्पटरिंग इ.).
म्हणून, प्लेट एका क्रिस्टलमधून अशा प्रकारे कापली जाणे आवश्यक आहे की पृष्ठभागाच्या सापेक्ष क्रिस्टल जाळीचे अभिमुखता एका विशिष्ट दिशेने काटेकोरपणे राखले जाईल.
आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल वर्कपीसचा व्यास एकतर 200 किंवा 300 मिमी आहे. शिवाय, 300 मिमी व्यास हे तुलनेने नवीन तंत्रज्ञान आहे, ज्याची आपण खाली चर्चा करू. हे स्पष्ट आहे की या व्यासाची प्लेट एकापेक्षा जास्त मायक्रोक्रिकेट सामावून घेऊ शकते, जरी आपण इंटेल पेंटियम 4 प्रोसेसरबद्दल बोलत असलो तरीही, अशाच एका सब्सट्रेट प्लेटवर अनेक डझन मायक्रोक्रिकेट (प्रोसेसर) तयार होतात, परंतु साधेपणासाठी, आम्ही करू. भविष्यातील एका मायक्रोप्रोसेसरच्या छोट्या क्षेत्रावर होणाऱ्या प्रक्रियांचा विचार करा.
पायरी 2. डायलेक्ट्रिकची संरक्षक फिल्म लावणे (SiO2)
हे करण्यासाठी, सिलिकॉनमध्ये तथाकथित दाता आणि स्वीकारकर्ता अशुद्धता सादर करणे आवश्यक आहे.
तथापि, प्रश्न उद्भवतो: तंतोतंत निर्दिष्ट नमुन्यानुसार अशुद्धतेचा परिचय कसा करावा? हे शक्य करण्यासाठी, ज्या भागात अशुद्धता आणण्याची आवश्यकता नाही ते सिलिकॉन डायऑक्साइडच्या विशेष फिल्मसह संरक्षित केले जातात, फक्त तेच क्षेत्र उघडकीस सोडले जातात जे पुढील प्रक्रियेच्या अधीन आहेत (चित्र 2). इच्छित पॅटर्नची अशी संरक्षक फिल्म तयार करण्याच्या प्रक्रियेमध्ये अनेक टप्पे असतात.
पहिल्या टप्प्यावर, संपूर्ण सिलिकॉन वेफर सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2) च्या पातळ फिल्मने पूर्णपणे झाकलेले असते, जे एक अतिशय चांगले इन्सुलेटर आहे आणि सिलिकॉन क्रिस्टलच्या पुढील प्रक्रियेदरम्यान संरक्षणात्मक फिल्म म्हणून कार्य करते. वेफर्स एका चेंबरमध्ये ठेवल्या जातात जेथे, उच्च तापमानात (900 ते 1100 °C पर्यंत) आणि दाब, ऑक्सिजन वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या थरांमध्ये पसरतो, ज्यामुळे सिलिकॉनचे ऑक्सिडेशन होते आणि सिलिकॉन डायऑक्साइडची पृष्ठभागाची फिल्म तयार होते. सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्मची जाडी अचूकपणे निर्दिष्ट करण्यासाठी आणि दोषांपासून मुक्त होण्यासाठी, ऑक्सिडेशन प्रक्रियेदरम्यान वेफरच्या सर्व बिंदूंवर कठोरपणे स्थिर तापमान राखणे आवश्यक आहे. जर संपूर्ण वेफरला सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्मने झाकायचे नसेल, तर अवांछित ऑक्सिडेशन टाळण्यासाठी Si3N4 मास्क प्रथम सिलिकॉन सब्सट्रेटवर लावला जातो.
पायरी 3. फोटोरेसिस्ट लागू करणे
फोटोरेसिस्ट लागू करण्याच्या प्रक्रियेला आणि दिलेल्या पॅटर्ननुसार अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशासह त्याच्या पुढील विकिरणांना फोटोलिथोग्राफी म्हणतात आणि त्यात खालील मूलभूत ऑपरेशन्स समाविष्ट आहेत: फोटोरेसिस्ट थर तयार करणे (सबस्ट्रेट प्रक्रिया, अनुप्रयोग, कोरडे करणे), संरक्षणात्मक आराम तयार करणे (एक्सपोजर, विकास) , कोरडे करणे) आणि प्रतिमेचे सब्सट्रेटमध्ये हस्तांतरित करणे (एचिंग, स्पटरिंग इ.).
सब्सट्रेटवर फोटोरेसिस्टचा थर (Fig. 3) लावण्यापूर्वी, नंतरचे पूर्व-उपचार केले जाते, परिणामी त्याचे फोटोरेसिस्ट लेयरला चिकटून राहणे सुधारते. फोटोरेसिस्टचा एकसमान स्तर लागू करण्यासाठी, सेंट्रीफ्यूगेशन पद्धत वापरली जाते. सब्सट्रेट रोटेटिंग डिस्कवर (सेंट्रीफ्यूज) ठेवला जातो आणि केंद्रापसारक शक्तींच्या प्रभावाखाली, फोटोरेसिस्ट जवळजवळ एकसमान थरात सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर वितरीत केला जातो. (जवळजवळ एकसमान थराबद्दल बोलताना, आम्ही हे तथ्य लक्षात घेतो की केंद्रापसारक शक्तींच्या प्रभावाखाली, परिणामी फिल्मची जाडी मध्यभागी ते कडांपर्यंत वाढते, तथापि, फोटोरेसिस्ट लागू करण्याची ही पद्धत लेयरमधील चढउतारांना तोंड देऊ शकते. ±10% च्या आत जाडी.)
पायरी 4. लिथोग्राफी
फोटोरेसिस्ट थर लावल्यानंतर आणि कोरडे केल्यानंतर, आवश्यक संरक्षणात्मक आराम तयार होण्याचा टप्पा सुरू होतो. फोटोरेसिस्ट लेयरच्या काही भागांवर पडणाऱ्या अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गाच्या प्रभावाखाली, नंतरचे विद्राव्य गुणधर्म बदलतात या वस्तुस्थितीमुळे आराम तयार होतो, उदाहरणार्थ, प्रकाशित केलेले भाग द्रावकामध्ये विरघळणे थांबवतात, जे भाग काढून टाकतात. थर जो प्रकाशाच्या संपर्कात नव्हता किंवा त्याउलट - प्रकाशित क्षेत्र विरघळतात. आराम तयार करण्याच्या पद्धतीवर आधारित, फोटोरेसिस्ट्स नकारात्मक आणि सकारात्मक मध्ये विभागले जातात. नकारात्मक फोटोरेसिस्ट, जेव्हा अतिनील किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात येतात तेव्हा संरक्षणात्मक आराम क्षेत्र तयार करतात. उलटपक्षी, पॉझिटिव्ह फोटोरेसिस्ट अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गाच्या प्रभावाखाली तरलता गुणधर्म प्राप्त करतात आणि सॉल्व्हेंटद्वारे धुऊन जातात. त्यानुसार, अतिनील किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात नसलेल्या भागात संरक्षणात्मक थर तयार होतो.
फोटोरेसिस्ट लेयरच्या इच्छित क्षेत्रांना प्रकाशित करण्यासाठी, एक विशेष मुखवटा टेम्पलेट वापरला जातो.
बऱ्याचदा, छायाचित्रित किंवा अन्यथा प्राप्त केलेल्या अपारदर्शक घटकांसह ऑप्टिकल ग्लास प्लेट्स या उद्देशासाठी वापरल्या जातात. खरं तर, अशा टेम्प्लेटमध्ये भविष्यातील मायक्रोक्रिकेटच्या एका लेयरचे रेखाचित्र असते (एकूण अशा शंभर थर असू शकतात). हा साचा संदर्भ असल्याने तो अत्यंत अचूकपणे बनवला पाहिजे. याव्यतिरिक्त, एका फोटोमास्कपासून अनेक फोटो प्लेट्स बनविल्या जातील हे तथ्य लक्षात घेऊन, ते टिकाऊ आणि नुकसानास प्रतिरोधक असले पाहिजे. यावरून हे स्पष्ट होते की फोटोमास्क ही खूप महागडी गोष्ट आहे: मायक्रोसर्किटच्या जटिलतेनुसार, त्याची किंमत हजारो डॉलर्स असू शकते.
फोटोलिथोग्राफिक प्रक्रियेची स्पष्ट साधेपणा असूनही, मायक्रोसर्किट उत्पादनाची ही अवस्था सर्वात जटिल आहे. वस्तुस्थिती अशी आहे की, मूरच्या भविष्यवाणीनुसार, एका चिपवरील ट्रान्झिस्टरची संख्या वेगाने वाढते (दर दोन वर्षांनी दुप्पट). ट्रान्झिस्टरच्या संख्येत अशी वाढ केवळ त्यांच्या आकारमानात घट झाल्यामुळेच शक्य आहे, परंतु लिथोग्राफी प्रक्रियेवर "विश्रांती" ही तंतोतंत घट आहे. ट्रान्झिस्टर लहान करण्यासाठी, फोटोरेसिस्ट लेयरवर लागू केलेल्या रेषांचे भौमितिक परिमाण कमी करणे आवश्यक आहे. परंतु प्रत्येक गोष्टीची मर्यादा असते, लेझर बीमला एका बिंदूवर केंद्रित करणे इतके सोपे नाही.
वस्तुस्थिती अशी आहे की, वेव्ह ऑप्टिक्सच्या नियमांनुसार, लेसर बीम ज्या स्पॉटवर केंद्रित आहे त्या स्पॉटचा किमान आकार (खरं तर, तो फक्त एक स्पॉट नाही तर एक विवर्तन नमुना आहे) निर्धारित केला जातो, इतर घटकांसह, प्रकाशाच्या तरंगलांबीनुसार. लिथोग्राफिक तंत्रज्ञानाचा शोध 70 च्या दशकाच्या सुरुवातीपासून प्रकाशाची तरंगलांबी कमी करण्याच्या दिशेने आहे. यामुळेच एकात्मिक सर्किट घटकांचा आकार कमी करणे शक्य झाले. 80 च्या दशकाच्या मध्यापासून, फोटोलिथोग्राफीने लेसरद्वारे उत्पादित अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गाचा वापर करण्यास सुरुवात केली.
कल्पना सोपी आहे: अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गाची तरंगलांबी दृश्यमान प्रकाशाच्या तरंगलांबीपेक्षा कमी आहे, म्हणून फोटोरेसिस्टच्या पृष्ठभागावर बारीक रेषा मिळवणे शक्य आहे. अलीकडे पर्यंत, लिथोग्राफीमध्ये 248 एनएमच्या तरंगलांबीसह डीप अल्ट्राव्हायोलेट रेडिएशन (DUV) वापरला जात असे. तथापि, जेव्हा फोटोलिथोग्राफी 200 एनएमच्या पुढे सरकली तेव्हा गंभीर समस्या उद्भवल्या की या तंत्रज्ञानाच्या सतत वापरावर प्रथमच शंका निर्माण झाली. उदाहरणार्थ, 200 मायक्रॉनपेक्षा कमी तरंगलांबीवर, प्रकाशसंवेदनशील थराद्वारे खूप जास्त प्रकाश शोषला जातो, ज्यामुळे सर्किट टेम्पलेट प्रोसेसरवर प्रसारित करण्याची प्रक्रिया अधिक कठीण आणि हळू होते. यासारख्या समस्या संशोधक आणि उत्पादकांना पारंपारिक लिथोग्राफी तंत्रज्ञानाचा पर्याय शोधण्यास प्रवृत्त करत आहेत.
सध्याचे लिथोग्राफी तंत्रज्ञान 100 nm च्या किमान कंडक्टर रुंदीसह पॅटर्नसाठी परवानगी देते, तर EUV लिथोग्राफी 30 nm पर्यंत - खूपच लहान रुंदीच्या ओळी मुद्रित करणे शक्य करते. अल्ट्राशॉर्ट रेडिएशन नियंत्रित करणे दिसते तितके सोपे नाही. EUV रेडिएशन काचेद्वारे चांगले शोषले जात असल्याने, नवीन तंत्रज्ञानामध्ये चार विशेष बहिर्वक्र आरशांच्या मालिकेचा वापर समाविष्ट आहे जे मास्क (चित्र 5, ,) लावल्यानंतर प्राप्त केलेली प्रतिमा कमी करते आणि त्यावर लक्ष केंद्रित करते.
अशा प्रत्येक मिररमध्ये 80 वैयक्तिक धातूचे थर असतात जे सुमारे 12 अणू जाड असतात.
पायरी 5: कोरीव काम
फोटोरेसिस्ट लेयर उघड केल्यानंतर, नक्षीची अवस्था सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्म (चित्र 8) काढून टाकण्यास सुरवात करते.
कोरीव प्रक्रिया बहुतेकदा ऍसिड बाथशी संबंधित असते. ही ऍसिड एचिंग पद्धत रेडिओ हौशींना सुप्रसिद्ध आहे ज्यांनी स्वतःचे मुद्रित सर्किट बोर्ड बनवले आहेत. हे करण्यासाठी, फॉइल-लेपित पीसीबीवर वार्निशसह भविष्यातील बोर्डसाठी ट्रॅकचा एक नमुना लागू केला जातो, जो संरक्षक स्तर म्हणून कार्य करतो आणि नंतर प्लेटला नायट्रिक ऍसिडच्या आंघोळीत खाली आणले जाते. फॉइलचे अनावश्यक भाग खोदले जातात, स्वच्छ पीसीबी उघड करतात.
या पद्धतीचे अनेक तोटे आहेत, त्यातील मुख्य म्हणजे लेयर काढण्याची प्रक्रिया अचूकपणे नियंत्रित करण्यात असमर्थता आहे, कारण बरेच घटक नक्षी प्रक्रियेवर प्रभाव टाकतात: आम्ल एकाग्रता, तापमान, संवहन इ. याव्यतिरिक्त, ऍसिड सर्व दिशांनी सामग्रीशी संवाद साधते आणि हळूहळू फोटोरेसिस्ट मास्कच्या काठाखाली प्रवेश करते, म्हणजेच, ते फोटोरेसिस्टने झाकलेले स्तर नष्ट करते. म्हणून, प्रोसेसरच्या उत्पादनात, कोरड्या नक्षीची पद्धत, ज्याला प्लाझ्मा देखील म्हणतात, वापरली जाते. ही पद्धत कोरीव प्रक्रियेवर तंतोतंत नियंत्रण ठेवण्यास अनुमती देते आणि कोरलेल्या थराचा नाश उभ्या दिशेने काटेकोरपणे होतो.
ड्राय एचिंगमध्ये वेफरच्या पृष्ठभागावरून सिलिकॉन डायऑक्साइड काढून टाकण्यासाठी आयनीकृत वायू (प्लाझ्मा) वापरला जातो, जो सिलिकॉन डायऑक्साइडच्या पृष्ठभागावर प्रतिक्रिया देऊन अस्थिर उपउत्पादने तयार करतो.
आपण हे लक्षात ठेवूया की सिलिकॉन सब्सट्रेटवर आवश्यक नमुना तयार करण्याची पूर्वीची प्रक्रिया दाता किंवा स्वीकारकर्ता अशुद्धता सादर करून योग्य ठिकाणी अर्धसंवाहक संरचना तयार करण्यासाठी आवश्यक होती. सिलिकॉन क्रिस्टल जाळीमध्ये अशुद्धता अणूंचा एकसमान परिचय प्रसार (चित्र 9) द्वारे अशुद्धतेचा परिचय करून देण्याची प्रक्रिया चालते. एन-टाइप सेमीकंडक्टर मिळविण्यासाठी, अँटिमनी, आर्सेनिक किंवा फॉस्फरस वापरला जातो.
पी-प्रकार सेमीकंडक्टर मिळविण्यासाठी, बोरॉन, गॅलियम किंवा ॲल्युमिनियम अशुद्धता म्हणून वापरले जातात.
आयन इम्प्लांटेशनचा वापर डोपंट प्रसार प्रक्रियेसाठी केला जातो. इम्प्लांटेशन प्रक्रियेमध्ये इच्छित अशुद्धतेचे आयन उच्च-व्होल्टेज प्रवेगकातून "शॉट" केले जातात आणि पुरेशी उर्जा असल्याने, सिलिकॉनच्या पृष्ठभागाच्या थरांमध्ये प्रवेश करतात.
तर, आयन इम्प्लांटेशन स्टेजच्या शेवटी, सेमीकंडक्टर स्ट्रक्चरची आवश्यक थर तयार केली गेली आहे. तथापि, मायक्रोप्रोसेसरमध्ये असे अनेक स्तर असू शकतात. परिणामी सर्किट पॅटर्नमध्ये पुढील स्तर तयार करण्यासाठी, सिलिकॉन डायऑक्साइडचा अतिरिक्त पातळ थर वाढविला जातो. यानंतर, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉनचा एक थर आणि फोटोरेसिस्टचा दुसरा थर जमा केला जातो. अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्ग दुसऱ्या मास्कमधून जातो आणि फोटो लेयरवरील संबंधित नमुना हायलाइट करतो. त्यानंतर पुन्हा फोटोलेअर विरघळण्याचे, कोरीव काम आणि आयन रोपणाचे टप्पे येतात.
पायरी 7. थुंकणे आणि जमा करणे
नवीन स्तरांचा वापर अनेक वेळा केला जातो, तर इंटरलेयर कनेक्शनसाठी "विंडोज" थरांमध्ये सोडल्या जातात, जे धातूच्या अणूंनी भरलेले असतात;
परिणामी, क्रिस्टलवर धातूच्या पट्ट्या चालविणारे क्षेत्र तयार केले जातात.
निर्मिती चक्राच्या शेवटी, सर्व प्रोसेसरची कसून चाचणी केली जाते. नंतर, चाचणी उत्तीर्ण केलेल्या विशिष्ट क्रिस्टल्स एका विशेष उपकरणाचा वापर करून सब्सट्रेट प्लेटमधून कापले जातात (चित्र 10).
प्रत्येक मायक्रोप्रोसेसर संरक्षक गृहात एम्बेड केलेला असतो, जो मायक्रोप्रोसेसर चिप आणि बाह्य उपकरणांमध्ये विद्युत कनेक्शन देखील प्रदान करतो.
घरांचा प्रकार मायक्रोप्रोसेसरच्या प्रकारावर आणि हेतूवर अवलंबून असतो.
केसमध्ये सील केल्यानंतर, प्रत्येक मायक्रोप्रोसेसरची पुन्हा चाचणी केली जाते. सदोष प्रोसेसर नाकारले जातात आणि कार्यरत असलेल्यांना लोड चाचण्या केल्या जातात. प्रोसेसर नंतर वेगवेगळ्या घड्याळ गती आणि पुरवठा व्होल्टेजवर त्यांच्या वर्तनावर आधारित क्रमवारी लावले जातात.
आशादायक तंत्रज्ञान
आम्ही अतिशय सोप्या पद्धतीने मायक्रो सर्किट्स (विशेषतः प्रोसेसर) तयार करण्याच्या तांत्रिक प्रक्रियेचा विचार केला आहे. परंतु असे वरवरचे सादरीकरण देखील आम्हाला ट्रान्झिस्टरचा आकार कमी करताना आलेल्या तांत्रिक अडचणी समजून घेण्यास अनुमती देते.
तथापि, नवीन आशाजनक तंत्रज्ञानाचा विचार करण्यापूर्वी, आम्ही लेखाच्या अगदी सुरुवातीला विचारलेल्या प्रश्नाचे उत्तर देऊ: तांत्रिक प्रक्रियेचे डिझाइन मानक काय आहे आणि खरं तर, 130 एनएमचे डिझाइन मानक 180 च्या मानकांपेक्षा कसे वेगळे आहे? एनएम?
प्रोसेसर चिपमध्ये ट्रान्झिस्टरची घनता वाढवण्याबरोबरच, 0.13-मायक्रॉन तंत्रज्ञान, ज्याने 0.18-मायक्रॉन तंत्रज्ञानाची जागा घेतली, इतर नवकल्पना आहेत. प्रथम, ते वैयक्तिक ट्रान्झिस्टर दरम्यान तांबे कनेक्शन वापरते (0.18-मायक्रॉन तंत्रज्ञानामध्ये कनेक्शन ॲल्युमिनियम होते). दुसरे म्हणजे, 0.13-मायक्रॉन तंत्रज्ञान कमी वीज वापर सुनिश्चित करते. मोबाइल उपकरणांसाठी, उदाहरणार्थ, याचा अर्थ मायक्रोप्रोसेसरचा वीज वापर कमी होतो आणि बॅटरीचे आयुष्य जास्त असते.
बरं, 0.13-मायक्रॉन तांत्रिक प्रक्रियेच्या संक्रमणादरम्यान अंमलात आणलेली शेवटची नवकल्पना म्हणजे 300 मिमी व्यासासह सिलिकॉन वेफर्स (वेफर) वापरणे. याआधी 200 मिमी वेफर्सच्या आधारे बहुतेक प्रोसेसर आणि मायक्रोसर्किट तयार केले जात होते.
वेफरचा व्यास वाढल्याने प्रत्येक प्रोसेसरची किंमत कमी करणे आणि पुरेशा गुणवत्तेच्या उत्पादनांचे उत्पादन वाढवणे शक्य होते. खरंच, 300 मिमी व्यासासह वेफरचे क्षेत्रफळ 200 मिमी व्यासासह वेफरच्या क्षेत्रापेक्षा 2.25 पट मोठे आहे आणि त्यानुसार, 300 व्यासासह एका वेफरमधून प्राप्त केलेल्या प्रोसेसरची संख्या. मिमी हे दुप्पट मोठे आहे.
2003 मध्ये, अगदी लहान डिझाइन मानक असलेली एक नवीन तांत्रिक प्रक्रिया, 90-नॅनोमीटर सादर करणे अपेक्षित आहे. नवीन प्रक्रिया ज्याद्वारे Intel प्रोसेसर, चिपसेट आणि कम्युनिकेशन उपकरणांसह त्यांची बहुतेक उत्पादने तयार करेल, हिल्सबोरो, ओरेगॉन येथे इंटेलच्या D1C 300mm वेफर प्रोसेसिंग सुविधेमध्ये विकसित केली गेली.
23 ऑक्टोबर 2002 रोजी, इंटेलने रियो रँचो, न्यू मेक्सिको येथे $2 बिलियनची नवीन सुविधा सुरू करण्याची घोषणा केली. F11X नावाचा नवीन प्लांट 0.13 मायक्रॉन डिझाइन प्रक्रियेचा वापर करून 300mm वेफर्सवर प्रोसेसर तयार करण्यासाठी अत्याधुनिक तंत्रज्ञानाचा वापर करेल. 2003 मध्ये, प्लांट 90 nm च्या डिझाइन मानकासह तांत्रिक प्रक्रियेत हस्तांतरित केले जाईल.
याव्यतिरिक्त, इंटेलने आधीच Leixlip (आयर्लंड) येथे Fab 24 येथे आणखी एका उत्पादन सुविधेचे बांधकाम पुन्हा सुरू करण्याची घोषणा केली आहे, जी 90 nm डिझाइन मानक असलेल्या 300 mm सिलिकॉन वेफर्सवर सेमीकंडक्टर घटक तयार करण्यासाठी डिझाइन केलेली आहे. 1 दशलक्ष चौरस मीटरपेक्षा जास्त क्षेत्रफळ असलेला एक नवीन उपक्रम. 160 हजार चौरस मीटर क्षेत्रासह विशेषतः स्वच्छ खोल्या असलेले फूट. ft. 2004 च्या पहिल्या सहामाहीत कार्यान्वित होण्याची अपेक्षा आहे आणि एक हजाराहून अधिक कर्मचारी काम करतील. सुविधेची किंमत सुमारे 2 अब्ज डॉलर्स आहे.
90nm प्रक्रिया प्रगत तंत्रज्ञानाच्या श्रेणीचा वापर करते. 50 nm (चित्र 11) च्या गेट लांबीसह हे जगातील सर्वात लहान वस्तुमान-उत्पादित CMOS ट्रान्झिस्टर आहेत, जे विजेचा वापर कमी करताना वाढीव कार्यक्षमता प्रदान करतात आणि कोणत्याही ट्रान्झिस्टरचा आतापर्यंतचा सर्वात पातळ गेट ऑक्साईड स्तर - फक्त 1.2 nm (चित्र. 12), किंवा 5 पेक्षा कमी अणू स्तर आणि उच्च-कार्यक्षमता ताणलेल्या सिलिकॉन तंत्रज्ञानाची उद्योगाची पहिली अंमलबजावणी.
सूचीबद्ध वैशिष्ट्यांपैकी, कदाचित फक्त "तणावग्रस्त सिलिकॉन" च्या संकल्पनेवर टिप्पणी आवश्यक आहे (चित्र 13). अशा सिलिकॉनमध्ये, अणूंमधील अंतर पारंपारिक सेमीकंडक्टरपेक्षा जास्त असते. यामुळे, विस्तीर्ण लेन असलेल्या रस्त्यावर रहदारी अधिक मुक्तपणे आणि जलद हलते त्याप्रमाणेच विद्युत प्रवाह अधिक मुक्तपणे वाहू देते.
सर्व नवकल्पनांच्या परिणामी, ट्रान्झिस्टरची कार्यक्षमता वैशिष्ट्ये 10-20% ने सुधारली जातात, तर उत्पादन खर्च केवळ 2% वाढतो.
याव्यतिरिक्त, 90nm प्रक्रियेत प्रति चिप सात थर (आकृती 14), 130nm प्रक्रियेपेक्षा एक थर अधिक, तसेच कॉपर इंटरकनेक्टचा वापर केला जातो.
ही सर्व वैशिष्ट्ये, 300mm सिलिकॉन वेफर्ससह एकत्रित, इंटेलला कार्यप्रदर्शन, उत्पादन मात्रा आणि खर्चात फायदे देतात. ग्राहकांनाही फायदा होतो, कारण इंटेलचे नवीन प्रक्रिया तंत्रज्ञान उद्योगाला मूरच्या कायद्यानुसार विकसित होत राहण्याची परवानगी देते, प्रोसेसरची कार्यक्षमता पुन्हा पुन्हा वाढवते.
आजकाल प्रोसेसरच्या विषयावर इंटरनेटवर बरीच माहिती आहे, ते कसे कार्य करते, जिथे रजिस्टर, घड्याळे, व्यत्यय इत्यादींचा प्रामुख्याने उल्लेख केला जातो त्याबद्दल तुम्हाला अनेक लेख सापडतील... परंतु, अशा व्यक्तीसाठी जो या सर्व अटी आणि संकल्पनांशी परिचित नसल्यामुळे, प्रक्रिया समजून घेणे या माशीसारखे खूप कठीण आहे, परंतु आपल्याला लहान सुरुवात करणे आवश्यक आहे - म्हणजे, मूलभूत समजासह प्रोसेसर कसा काम करतो आणि त्यात कोणते मुख्य भाग असतात.
तर, आपण मायक्रोप्रोसेसर वेगळे केल्यास आत काय असेल:
क्रमांक 1 मायक्रोप्रोसेसरची धातूची पृष्ठभाग (कव्हर) दर्शवते, जे उष्णता काढून टाकते आणि या कव्हरच्या मागे असलेल्या यांत्रिक नुकसानापासून संरक्षण करते (म्हणजे प्रोसेसरच्या आत).
क्रमांक 2 वर क्रिस्टल स्वतः आहे, जे खरं तर मायक्रोप्रोसेसरचा सर्वात महत्वाचा आणि महाग भाग आहे. या क्रिस्टलचे आभार आहे की सर्व गणिते होतात (आणि हे प्रोसेसरचे सर्वात महत्वाचे कार्य आहे) आणि ते जितके अधिक जटिल असेल तितके ते अधिक परिपूर्ण असेल, प्रोसेसर जितका शक्तिशाली असेल आणि त्यानुसार तो अधिक महाग असेल. . क्रिस्टल सिलिकॉनचे बनलेले आहे. खरं तर, उत्पादन प्रक्रिया खूप गुंतागुंतीची आहे आणि त्यात डझनभर पायऱ्या आहेत, या व्हिडिओमध्ये अधिक तपशील:
क्रमांक 3 हा एक विशेष टेक्स्टोलाइट सब्सट्रेट आहे ज्यामध्ये प्रोसेसरचे इतर सर्व भाग जोडलेले आहेत, ते संपर्क पॅडची भूमिका बजावते - त्याच्या उलट बाजूस मोठ्या प्रमाणात सोनेरी "बिंदू" आहेत - हे संपर्क आहेत (ते आकृतीमध्ये थोडे पाहिले जाऊ शकते). संपर्क पॅड (सबस्ट्रेट) बद्दल धन्यवाद, क्रिस्टलशी जवळचा परस्परसंवाद सुनिश्चित केला जातो, कारण कोणत्याही प्रकारे क्रिस्टलवर थेट प्रभाव टाकणे शक्य नाही.
कव्हर (1) सब्सट्रेटला जोडलेले आहे (3) उच्च तापमानास प्रतिरोधक चिकट-सीलंट वापरून. क्रिस्टल (2) आणि कव्हरमध्ये कोणतेही हवेचे अंतर नाही; जेव्हा ते कठोर होते तेव्हा ते प्रोसेसर क्रिस्टल आणि कव्हर दरम्यान "पुल" बनवते, जे खूप चांगले उष्णता हस्तांतरण सुनिश्चित करते.
सोल्डरिंग आणि सीलंट वापरून क्रिस्टल सब्सट्रेटशी जोडलेले आहे, सब्सट्रेटचे संपर्क क्रिस्टलच्या संपर्कांशी जोडलेले आहेत. ही आकृती स्पष्टपणे दर्शवते की स्फटिक संपर्क अतिशय पातळ वायर वापरून सब्सट्रेट संपर्कांशी कसे जोडलेले आहेत (फोटोमध्ये 170x मोठेपणा):
सर्वसाधारणपणे, वेगवेगळ्या निर्मात्यांकडील प्रोसेसरचे डिझाइन आणि त्याच निर्मात्याचे मॉडेल देखील मोठ्या प्रमाणात बदलू शकतात. तथापि, ऑपरेशनचे तत्त्व सारखेच राहते - त्या सर्वांमध्ये संपर्क सब्सट्रेट, एक क्रिस्टल (किंवा एका प्रकरणात अनेक स्थित) आणि उष्णता काढून टाकण्यासाठी धातूचे आवरण असते.
उदाहरणार्थ, इंटेल पेंटियम 4 प्रोसेसरचा संपर्क सब्सट्रेट असा दिसतो (प्रोसेसर उलटा आहे):
संपर्कांचा आकार आणि त्यांच्या व्यवस्थेची रचना संगणकाच्या प्रोसेसर आणि मदरबोर्डवर अवलंबून असते (सॉकेट जुळले पाहिजेत). उदाहरणार्थ, वरील चित्रात, "पिन" शिवाय प्रोसेसरचे संपर्क, कारण पिन थेट मदरबोर्ड सॉकेटमध्ये स्थित आहेत.
आणि आणखी एक परिस्थिती आहे जिथे संपर्कांचे "पिन" थेट संपर्क सब्सट्रेटमधून चिकटतात. हे वैशिष्ट्य प्रामुख्याने AMD प्रोसेसरसाठी वैशिष्ट्यपूर्ण आहे:
वर नमूद केल्याप्रमाणे, एकाच निर्मात्याकडून प्रोसेसरच्या वेगवेगळ्या मॉडेल्सची रचना भिन्न असू शकते; आमच्याकडे याचे एक उल्लेखनीय उदाहरण आहे - क्वाड-कोर इंटेल कोर 2 क्वाड प्रोसेसर, जो मूलत: कोर 2 ड्युओ लाइनचे 2 ड्युअल-कोर प्रोसेसर आहे. , एका प्रकरणात एकत्रित:
महत्वाचे! प्रोसेसरमधील क्रिस्टल्सची संख्या आणि प्रोसेसर कोरची संख्या समान गोष्ट नाही.
इंटेल प्रोसेसरच्या आधुनिक मॉडेल्समध्ये एकाच वेळी 2 क्रिस्टल्स (चीप) बसतात. दुसरी चिप - प्रोसेसरचा ग्राफिक्स कोर, मूलत: प्रोसेसरमध्ये तयार केलेल्या व्हिडीओ कार्डची भूमिका बजावते, म्हणजेच सिस्टम गहाळ असतानाही, ग्राफिक्स कोर व्हिडिओ कार्डची भूमिका घेते आणि बरेच काही. त्यावर शक्तिशाली (काही प्रोसेसर मॉडेल्समध्ये, ग्राफिक्स कोरची संगणकीय शक्ती तुम्हाला मध्यम ग्राफिक्स सेटिंग्जवर आधुनिक गेम खेळण्याची परवानगी देते).
बस्स केंद्रीय मायक्रोप्रोसेसर उपकरणथोडक्यात, अर्थातच.
आम्ही वाचण्याची शिफारस करतो
हॅलो का सर्वात सामान्य कारणांपैकी एक...
