Kako je ustvarjen procesor?

Danes najdemo procesor v vsakem računalniškem sistemu, naj bo to mobilna naprava, računalnik ali pa bankomat. Za njim vedno tiči centralna procesna enota oz. procesor, ki med ostalimi skrbi za nadzor in pravilno delovanje programske opreme. Toda kako je procesor sploh narejen? V tem članku bomo odkrili odgovor na to vprašanje.

Izdelava silicijevih rezin

Največji delež pri procesorju je narejen iz silicija. Ta element je v zemeljski skorji dokaj pogost in je zelo dober polprevodnik. To pomeni, da ima lastnosti električnega izolatorja in hkrati električnega prevodnika. Prav zaradi tega se uporablja pri izdelavi procesorjev, saj deluje kot stikalo med tranzistorji. Moderni procesor v primerjavi s svojimi predhodniki vsebuje več milijonov tranzistorjev. Število teh se na integriranem vezju podvoji vsaki dve leti. Slednje imenujemo Moorov zakon.

Surov silicij

Da lahko ustvarimo procesor, moramo najprej ustvariti podlogo na kateri leži celotno vezje. To so tako imenovane silicijeve rezine (angl. Wafers). Proces se začne s topljenjem poli-silicija oz. poli-kristalnega silicija ter majhnim deležem električno prevodnega elementa, kot je to arzen, bor, idr. Ko smo s topljenjem dosegli zaželeno temperaturo, spustimo silicijev kristal v topilo. Ta se nato počasi ohlaja in ko je primerne temperature, se začne okoli kristala nabirati topilo. Čez čas, ko se nabere dovolj topila, vzamemo kristal in ga počasi obračamo ter vlečemo iz mase. S tem preprečimo prehitro hlajenje in omogočimo normaliziranje temperature, ki bi lahko bila različna v posameznem delu kristala in povzročila, da bi počil. Sam proces hlajenja in hitrost je odvisen od tega, kaj želimo s tem kristalom kasneje narediti.

“Kristal” okoli katerega se nabira snov

Da ga lahko uporabljamo, mora biti zelo čist. Robovi in konci so območja, kjer je največja količina nesnage, zato so ti seveda odrezani. Nato se iz teh čistih gmot narežejo silicijeve rezine. Te so debele od 1 do 2 mm. Robovi so nato pobrušeni, da oblikujejo krog. S tem preprečimo, da bi rezina počila po robovih. Sledi več kemičnih in mehanskih procesov, kjer se jim zgladi površina in ustvari izgled, kot pri ogledalu. Zadnji procesi odstranijo še prisotne defekte, da dobimo popolnoma čisto površino. Na koncu se rezinam doda dodaten kristalen sloj, nakar je ta pripravljena na jedkanje.

Jedkanje

Jedkanje
  1. Na rezino se nanese oksidni sloj. To se opravi tako, da se plošča izpostavi pari pri zelo visoki temperaturi.
  2. Nanese se film, ki ima enako vlogo kot film v kamerah.
  3. Nato se nanese maska in uporabi se UV luč, ki prazna mesta na filmu zdaj zapolni.
  4. Ta maska se nato odstrani v organskemu topilu.
  5. Jedkanje s hidrofloridno kislino za odstranitev oksidnega sloja.
  6. Čiščenje preostalih ostankov prejšnjih mask oz. filmov. Silicijeva rezina je zdaj pripravljena za pokrivanje z drugo vrsto silicija ali pa za dodajanje stikov.

Ustvarjanje tranzistorjev

Proces ustvarjanja tranzistorjev
  1. P-tip rezina (silicij pomešan z borom) ima epilayer (posebna površina) n-tipa (silicij pomešan s fosforjem ali arzenom)
  2. S pomočjo maske se nanese silicijev dioksid kot izolator.
  3. Atomski sprejemniki (bor) se razpršijo v okna silicijevega dioksida.
  4. S pomočjo nove maske se ustvarijo dodatni silicijevi dioksidi in donatorski atomi (elementi kot arzen z odvečnimi elektroni) so vgrajeni.
  5. Zopet se ustvari nova maska in novi silicijev dioksid. Končna maska se uporabi za implementiranje izparelega aluminija ali bakra za kontakte. To se imenuje bipolarni spojni tranzistor (angl. Bipolar Junction Transistor oz. BJT).

MOS Tranzistorj

MOS tranzistorji

Ti specifični tranzistorji se uporabljajo pri mikroprocesorjih in delovnem spominu. Za razliko od BJT potrebujejo veliko manj energije, vendar je izdelava enaka.

Delo poteka v tako imenovanih čistih sobah, saj lahko že najmanjši prašni delec uniči celoten čip. Zaposleni morajo imeti oblečene bele zaščitne obleke, da preprečijo prahu in odpadnim kožnim delcem, možnost okužbe zraka.

Iz same rezine lahko dobimo več sto čipov. Najboljši so tisti, ki se nahajajo na sredini in se pogosto tudi uporabijo za nadaljnje teste ter za uporabo pri vojski ali pa usmerjeni industriji. Sam proces razvoja dokončnega čipa lahko traja tudi 3 mesece.

Upam, da sem vam s tem malo bolj približal razvoj in sam proces, kako pride iz čiste rude silicija procesor, ki ga imamo povsod okrog nas. Ena pomembnejših tehnologij pri procesorju je predpomnjenje, kaj to je si lahk ogledate tukaj.

Vir:
CPU Shack

Komentarji
Ivan Srbič

Ivan Srbič

Že od nekdaj se je ukvarjal z računalniki in ker je hotel znanje še izpopolniti se trenutno izobražuje na FERI. V prostem času pa piše članke, ki jih lahko preberete tukaj.
Ivan Srbič

Latest posts by Ivan Srbič (see all)

Ivan Srbič

Že od nekdaj se je ukvarjal z računalniki in ker je hotel znanje še izpopolniti se trenutno izobražuje na FERI. V prostem času pa piše članke, ki jih lahko preberete tukaj.