Технологии
Независимо от того, как
выглядит корпус процессора (часто используется термин "чип", от англ,
chip), внутри обязательно находится тонкая кремниевая пластинка площадью
около 1 квадратного сантиметра, на которой вытравлены микротранзисторы, резисторы,
конденсаторы. Каждый элемент на кристалле соединяется с другими тонкими проводниками,
которые создаются напылением на кремний пленки золота, алюминия или меди.
Производство микросхем
напоминает печать обычных фотографий с помощью фотоувеличителя. Через фототрафарет,
аналог фотопленки, засвечивается фотослой, который нанесен на кремниевую пластину.
Потом ее многократно травят в химических реактивах и напыляют в нужных местах
слои металла. При установке кристалла в корпус микросхемы контактные площадки
на кристалле с помощью тонких золотых проводников соединяют с выводами микросхемы.
В современных процессорах
количество транзисторов превышает несколько десятков миллионов штук, но вот
размеры кремниевых кристаллов не могут быть большими. В первую очередь, это
обусловлено огромной ценой больших кристаллов, да и размеры корпуса процессора
ограничены. Поэтому при изготовлении процессоров используются самые передовые
технологии. Даже можно сказать, что разработка новых процессоров всегда влечет
появление новых технологий, т. к. эти микросхемы содержат больше всего различных
элементов на кристалле.
Наиболее выгодно сокращать
размеры элементов и толщину проводников, т. к. в этом случае на одном и том
же кристалле можно разместить значительно больше транзисторов. В первых процессорах
использовалась технология 10 мкм, означающая, что минимальная толщина проводников
или геометрические размеры транзисторов на кристалле кремния могут быть не меньше
10 мкм. В последних разработках используется технология 0,13 и даже 0,08 мкм,
а это уже соизмеримо с длиной волны солнечного света. Поэтому в техпроцессе
начинают применять мягкое рентгеновское излучение и пучки электронов, как в
кинескопах.
Примечание
Технический термин,
например, "0,13 мкм технология" означает, что размер поликремниевого
затвора транзистора, созданного на кремниевой пластине, не может быть меньше
0,13 мкм. Этот параметр не только характеризует геометрические размеры, но и
напрямую связан со скоростью работы микросхемы и энергопотреблением. Уменьшение
размеров элементов на кристалле позволяет увеличить рабочую частоту и уменьшить
потребляемый ток и напряжение. В свою очередь, уменьшение энергопотребления
позволяет увеличивать рабочую частоту. Можно сказать, что ключевая проблема
современной микроэлектроники заключается в том, как отвести тепло, выделяемое
при работе, от кристалла. Например, без внешнего радиатора современный процессор
нагреется до температуры выше 100 градусов примерно за секунду.
